1.1 مواضيع ومفاهيم علم الأحياء
أهداف التعلم
بحلول نهاية هذا القسم، ستكون قادرًا على:- تحديد ووصف خصائص الحياة
- وصف مستويات التنظيم بين الكائنات الحية
- ذكر أمثلة على التخصصات الفرعية المختلفة في علم الأحياء
علم الأحياء (Biology) هو العلم الذي يدرس الحياة. ما هي الحياة بالضبط؟ قد يبدو هذا سؤالاً سخيفًا بإجابة واضحة، لكن تعريف الحياة ليس سهلاً. على سبيل المثال، يدرس فرع من علم الأحياء يسمى علم الفيروسات الفيروسات، التي تُظهر بعض خصائص الكائنات الحية ولكنها تفتقر إلى البعض الآخر. يتضح أنه على الرغم من أن الفيروسات يمكن أن تهاجم الكائنات الحية وتسبب الأمراض وتتكاثر، إلا أنها لا تستوفي المعايير التي يستخدمها علماء الأحياء لتعريف الحياة.
منذ بداياته الأولى، تصارع علم الأحياء مع أربعة أسئلة: ما هي الخصائص المشتركة التي تجعل شيئًا "حيًا"؟ كيف تعمل هذه الكائنات الحية المختلفة؟ عندما نواجه التنوع المذهل للحياة، كيف ننظم الأنواع المختلفة من الكائنات الحية حتى نتمكن من فهمها بشكل أفضل؟ وأخيرًا—ما يسعى علماء الأحياء في النهاية إلى فهمه—كيف نشأ هذا التنوع وكيف يستمر؟ مع اكتشاف كائنات حية جديدة كل يوم، يواصل علماء الأحياء البحث عن إجابات لهذه الأسئلة وغيرها.
خصائص الحياة
تتشاطر جميع مجموعات الكائنات الحية عدة خصائص أو وظائف رئيسية: التنظيم، الحساسية أو الاستجابة للمثيرات، التكاثر، التكيف، النمو والتطور، التنظيم/الاستتباب، معالجة الطاقة، والتطور. عندما تُنظر إلى هذه الخصائص الثماني معًا، فإنها تعمل على تعريف الحياة.
التنظيم
الكائنات الحية هي هياكل عالية التنظيم تتكون من خلية واحدة أو أكثر. حتى الكائنات الحية وحيدة الخلية البسيطة جدًا معقدة بشكل ملحوظ. داخل كل خلية، تتكون الجزيئات من الذرات. وهذه بدورها تشكل مكونات الخلية أو العضيات. تتمتع الكائنات الحية متعددة الخلايا، التي قد تتكون من ملايين الخلايا الفردية، بميزة على الكائنات وحيدة الخلية من حيث أن خلاياها يمكن أن تتخصص لأداء وظائف محددة، وحتى التضحية بها في مواقف معينة لصالح الكائن الحي ككل. سيتم مناقشة كيفية تضافر هذه الخلايا المتخصصة لتشكيل أعضاء مثل القلب أو الرئة أو الجلد في كائنات حية مثل الضفدع الموضح في شكل 1.2 لاحقًا.
الحساسية أو الاستجابة للمثيرات
تستجيب الكائنات الحية لمثيرات متنوعة. على سبيل المثال، يمكن للنباتات أن تنحني نحو مصدر ضوء أو تستجيب للمس (شكل 1.3). حتى البكتيريا الصغيرة جدًا يمكنها التحرك نحو المواد الكيميائية أو بعيدًا عنها (عملية تسمى الانجذاب الكيميائي) أو الضوء (الانجذاب الضوئي). يُعتبر التحرك نحو مثير استجابة إيجابية، بينما يُعتبر التحرك بعيدًا عن مثير استجابة سلبية.
رابط للتعلم
شاهد هذا الفيديو لترى كيف يستجيب النبات الحساس لمثير اللمس.
التكاثر
تتكاثر الكائنات وحيدة الخلية عن طريق مضاعفة حمضها النووي (DNA)، وهو المادة الوراثية، ثم تقسيمه بالتساوي بينما تستعد الخلية للانقسام لتكوين خليتين جديدتين. تنتج العديد من الكائنات الحية متعددة الخلايا (تلك التي تتكون من أكثر من خلية واحدة) خلايا تناسلية متخصصة ستشكل أفرادًا جددًا. عندما يحدث التكاثر، ينتقل الحمض النووي (DNA) الذي يحتوي على الجينات إلى نسل الكائن الحي. هذه الجينات هي السبب في أن النسل سينتمي إلى نفس النوع وسيكون له خصائص مماثلة للوالدين، مثل لون الفراء وفصيلة الدم.
التكيّف
تُظهر جميع الكائنات الحية "تلاؤمًا" مع بيئتها. يشير علماء الأحياء إلى هذا التلاؤم باسم التكيّف وهو نتيجة للتطور عن طريق الانتخاب الطبيعي، الذي يعمل في كل سلالة من الكائنات الحية المتكاثرة. أمثلة التكيفات متنوعة وفريدة، من العتائق المقاومة للحرارة التي تعيش في الينابيع الساخنة الغالية إلى طول لسان عثة تتغذى على الرحيق يتناسب مع حجم الزهرة التي تتغذى منها. تعزز التكيفات الإمكانات التناسلية للفرد الذي يُظهرها، بما في ذلك قدرته على البقاء للتكاثر. التكيفات ليست ثابتة. مع تغير البيئة، يتسبب الانتخاب الطبيعي في تتبع خصائص الأفراد في الجماعة الأحيائية لتلك التغيرات.
النمو والتطور
تنمو الكائنات الحية وتتطور وفقًا لتعليمات محددة مشفرة بواسطة جيناتها. توفر هذه الجينات تعليمات توجه النمو والتطور الخلوي، مما يضمن أن صغار النوع (شكل 1.4) ستنمو لتُظهر العديد من الخصائص نفسها التي يتمتع بها والداها.
التنظيم/الاستتباب
حتى أصغر الكائنات الحية معقدة وتتطلب آليات تنظيمية متعددة لتنسيق الوظائف الداخلية، مثل نقل المغذيات، والاستجابة للمثيرات، والتكيف مع الضغوط البيئية. يشير الاستتباب (Homeostasis) (حرفيًا، "الحالة الثابتة") إلى البيئة الداخلية المستقرة نسبيًا المطلوبة للحفاظ على الحياة. على سبيل المثال، تقوم الأجهزة العضوية مثل الجهاز الهضمي أو الجهاز الدوري بوظائف محددة مثل حمل الأكسجين في جميع أنحاء الجسم، وإزالة الفضلات، وتوصيل المغذيات إلى كل خلية، وتبريد الجسم.
لتعمل الخلايا بشكل صحيح، تتطلب ظروفًا مناسبة مثل درجة الحرارة المناسبة، والأس الهيدروجيني (pH)، وتركيزات المواد الكيميائية المتنوعة. ومع ذلك، قد تتغير هذه الظروف من لحظة إلى أخرى. تستطيع الكائنات الحية الحفاظ على الظروف الداخلية المستتبة ضمن نطاق ضيق بشكل شبه ثابت، على الرغم من التغيرات البيئية، عن طريق تفعيل آليات تنظيمية. على سبيل المثال، تنظم العديد من الكائنات الحية درجة حرارة أجسامها في عملية تعرف باسم التنظيم الحراري. الكائنات الحية التي تعيش في المناخات الباردة، مثل الدب القطبي (شكل 1.5)، لديها هياكل جسدية تساعدها على تحمل درجات الحرارة المنخفضة والحفاظ على حرارة الجسم. في المناخات الحارة، تمتلك الكائنات الحية طرقًا (مثل التعرق في البشر أو اللهاث في الكلاب) تساعدها على التخلص من حرارة الجسم الزائدة.
معالجة الطاقة
تستخدم جميع الكائنات الحية (مثل كندور كاليفورنيا الموضح في شكل 1.6) مصدرًا للطاقة لأنشطتها الأيضية. تلتقط بعض الكائنات الحية الطاقة من الشمس وتحولها إلى طاقة كيميائية في الغذاء؛ بينما تستخدم كائنات أخرى الطاقة الكيميائية من الجزيئات التي تتناولها.
التطور
إن تنوع الحياة على الأرض هو نتيجة للطفرات، أو التغيرات العشوائية في المادة الوراثية بمرور الوقت. تتيح هذه الطفرات إمكانية تكيف الكائنات الحية مع بيئة متغيرة. الكائن الحي الذي يطور خصائص مناسبة للبيئة سيكون لديه نجاح تكاثري أكبر، خاضعًا لقوى الانتخاب الطبيعي.
مستويات تنظيم الكائنات الحية
الكائنات الحية منظمة ومهيكلة بشكل كبير، وتتبع تسلسلاً هرميًا على مقياس من الصغير إلى الكبير. الذرة (atom) هي أصغر وحدة أساسية للمادة تحتفظ بخصائص العنصر. تتكون من نواة محاطة بالإلكترونات. تشكل الذرات الجزيئات. الجزيء (molecule) هو بنية كيميائية تتكون من ذرتين على الأقل مرتبطة ببعضها البعض برابطة كيميائية. العديد من الجزيئات المهمة بيولوجيًا هي جزيئات ضخمة (macromolecules)، وهي جزيئات كبيرة تتكون عادةً من دمج وحدات أصغر تسمى المونومرات. مثال على الجزيء الضخم هو الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) (شكل 1.7)، والذي يحتوي على تعليمات لعمل الكائن الحي الذي يحتويه.
رابط للتعلم
لمشاهدة رسوم متحركة لجزيء DNA هذا، انقر هنا.
تحتوي بعض الخلايا على تجمعات من الجزيئات الضخمة محاطة بأغشية؛ وتسمى هذه العضيات (organelles). العضيات هي هياكل صغيرة توجد داخل الخلايا وتؤدي وظائف متخصصة. تتكون جميع الكائنات الحية من خلايا؛ الخلية (cell) نفسها هي أصغر وحدة أساسية للتركيب والوظيفة في الكائنات الحية. (هذا الشرط هو السبب في أن الفيروسات لا تعتبر كائنات حية: فهي لا تتكون من خلايا. لتكوين فيروسات جديدة، يجب عليها غزو واختطاف خلية حية؛ عندها فقط يمكنها الحصول على المواد التي تحتاجها للتكاثر.) تتكون بعض الكائنات الحية من خلية واحدة والبعض الآخر متعدد الخلايا. تُصنف الخلايا على أنها بدائية النواة أو حقيقية النواة. بدائيات النواة (Prokaryotes) هي كائنات وحيدة الخلية تفتقر إلى العضيات المحاطة بغشاء وليس لديها نوى محاطة بأغشية نووية؛ على النقيض من ذلك، فإن خلايا حقيقيات النواة (eukaryotes) لديها عضيات ونوى محاطة بغشاء.
في معظم الكائنات الحية متعددة الخلايا، تتحد الخلايا لتكوين أنسجة (tissues)، وهي مجموعات من الخلايا المتشابهة التي تؤدي نفس الوظيفة. الأعضاء (Organs) هي مجموعات من الأنسجة مجمعة معًا بناءً على وظيفة مشتركة. توجد الأعضاء ليس فقط في الحيوانات ولكن أيضًا في النباتات. الجهاز العضوي (organ system) هو مستوى أعلى من التنظيم يتكون من أعضاء مرتبطة وظيفيًا. على سبيل المثال، تمتلك الحيوانات الفقارية العديد من الأجهزة العضوية، مثل الجهاز الدوري الذي ينقل الدم في جميع أنحاء الجسم وإلى الرئتين ومنهما؛ ويشمل أعضاء مثل القلب والأوعية الدموية. الكائنات الحية (Organisms) هي كيانات حية فردية. على سبيل المثال، كل شجرة في الغابة هي كائن حي. كما تعتبر بدائيات النواة وحيدة الخلية وحقيقيات النواة وحيدة الخلية كائنات حية ويشار إليها عادةً بالكائنات الدقيقة.
اتصال بصري
أي العبارات التالية خاطئة؟
- توجد الأنسجة داخل الأعضاء التي توجد داخل الأجهزة العضوية.
- توجد المجتمعات الحيوية داخل الجماعات الأحيائية التي توجد داخل الأنظمة البيئية.
- توجد العضيات داخل الخلايا التي توجد داخل الأنسجة.
- توجد المجتمعات الحيوية داخل الأنظمة البيئية التي توجد في الغلاف الحيوي.
تسمى جميع أفراد النوع الواحد الذين يعيشون ضمن منطقة محددة مجتمعة جماعة أحيائية (population). على سبيل المثال، قد تحتوي الغابة على العديد من أشجار الصنوبر الأبيض. تمثل جميع هذه الأشجار جماعة أشجار الصنوبر الأبيض في هذه الغابة. قد تعيش جماعات أحيائية مختلفة في نفس المنطقة المحددة. على سبيل المثال، الغابة التي تحتوي على أشجار الصنوبر تشمل جماعات من النباتات المزهرة وكذلك الحشرات والجماعات الميكروبية. المجتمع الحيوي (community) هو مجموعة الجماعات الأحيائية التي تسكن منطقة معينة. على سبيل المثال، تشكل جميع الأشجار والزهور والحشرات والجماعات الأحيائية الأخرى في الغابة مجتمع الغابة. الغابة نفسها هي نظام بيئي. يتكون النظام البيئي (ecosystem) من جميع الكائنات الحية في منطقة معينة بالإضافة إلى الأجزاء غير الحيوية، أو غير الحية، من تلك البيئة مثل النيتروجين في التربة أو مياه الأمطار. في أعلى مستوى من التنظيم (شكل 1.8)، الغلاف الحيوي (biosphere) هو مجموعة جميع الأنظمة البيئية، ويمثل مناطق الحياة على الأرض. ويشمل اليابسة والماء وأجزاء من الغلاف الجوي.
تنوع الحياة
إن نطاق علم الأحياء واسع جدًا لأن هناك تنوعًا هائلاً في الحياة على الأرض. مصدر هذا التنوع هو التطور (evolution)، وهو عملية التغير التدريجي التي تنشأ خلالها أنواع جديدة من أنواع أقدم. يدرس علماء الأحياء التطوريون تطور الكائنات الحية في كل شيء من العالم المجهري إلى الأنظمة البيئية.
في القرن الثامن عشر، اقترح عالم يُدعى كارل لينيوس لأول مرة تنظيم الأنواع المعروفة من الكائنات الحية في تصنيف هرمي. في هذا النظام، تُجمع الأنواع الأكثر تشابهًا مع بعضها البعض ضمن مجموعة تُعرف بالجنس. علاوة على ذلك، تُجمع الأجناس المتشابهة (جمع جنس) ضمن فصيلة. يستمر هذا التجميع حتى تُجمع جميع الكائنات الحية معًا في مجموعات على أعلى مستوى. يحتوي النظام التصنيفي الحالي الآن على ثمانية مستويات في تسلسله الهرمي، من الأدنى إلى الأعلى، وهي: النوع، الجنس، الفصيلة، الرتبة، الطائفة، الشعبة، المملكة، فوق المملكة. وهكذا، تُجمع الأنواع ضمن الأجناس، وتُجمع الأجناس ضمن الفصائل، وتُجمع الفصائل ضمن الرتب، وهكذا (شكل 1.9).
أعلى مستوى، فوق المملكة، هو إضافة جديدة نسبيًا للنظام منذ السبعينيات. يتعرف العلماء الآن على ثلاث فوق ممالك للحياة، وهي حقيقيات النواة (Eukarya)، والعتائق (Archaea)، والبكتيريا (Bacteria). تحتوي فوق مملكة حقيقيات النواة (Eukarya) على كائنات حية لديها خلايا ذات نوى. وهي تشمل ممالك الفطريات والنباتات والحيوانات والعديد من ممالك الطلائعيات. العتائق (Archaea) هي كائنات وحيدة الخلية بدون نوى وتشمل العديد من الكائنات المحبة للظروف القاسية التي تعيش في بيئات قاسية مثل الينابيع الساخنة. البكتيريا (Bacteria) هي مجموعة أخرى مختلفة تمامًا من الكائنات وحيدة الخلية بدون نوى (شكل 1.10). كل من العتائق والبكتيريا هي بدائيات نواة، وهو اسم غير رسمي للخلايا التي لا تحتوي على نوى. إن الاعتراف في السبعينيات بأن بعض "البكتيريا"، المعروفة الآن باسم العتائق، كانت مختلفة وراثيًا وكيميائيًا حيويًا عن الخلايا البكتيرية الأخرى بقدر اختلافها عن حقيقيات النواة، حفز التوصية بتقسيم الحياة إلى ثلاث فوق ممالك. يوضح هذا التغيير الدراماتيكي في معرفتنا بشجرة الحياة أن التصنيفات ليست دائمة وستتغير عندما تتوفر معلومات جديدة.
بالإضافة إلى النظام التصنيفي الهرمي، كان لينيوس أول من أطلق على الكائنات الحية اسمين فريدين، يُطلق عليهما الآن نظام التسمية الثنائية. قبل لينيوس، تسبب استخدام الأسماء الشائعة للإشارة إلى الكائنات الحية في الارتباك بسبب الاختلافات الإقليمية في هذه الأسماء الشائعة. تتكون الأسماء الثنائية من اسم الجنس (الذي يُكتب بحرف كبير) واسم النوع (جميع الأحرف صغيرة). تُكتب كلا الاسمين بخط مائل عند طباعتهما. يُعطى كل نوع اسمًا ثنائيًا فريدًا معترفًا به في جميع أنحاء العالم، بحيث يمكن للعالم في أي مكان معرفة الكائن الحي المشار إليه. على سبيل المثال، يُعرف طائر الزرياب الأزرق في أمريكا الشمالية بشكل فريد باسم Cyanocitta cristata. ونوعنا الخاص هو Homo sapiens.
صلة بالتطور
كارل ووز وشجرة النشوء والتطور
يمكن تلخيص العلاقات التطورية لأشكال الحياة المختلفة على الأرض في شجرة النشوء والتطور. شجرة النشوء والتطور (phylogenetic tree) هي رسم بياني يوضح العلاقات التطورية بين الأنواع البيولوجية بناءً على أوجه التشابه والاختلاف في السمات الوراثية أو الفيزيائية أو كليهما. تتكون شجرة النشوء والتطور من نقاط تفرع، أو عقد، وفروع. تمثل العقد الداخلية الأسلاف وهي نقاط في التطور يُعتقد، بناءً على الأدلة العلمية، أن سلفًا قد تباعد ليشكل نوعين جديدين. يمكن اعتبار طول كل فرع تقديرات للوقت النسبي.
في الماضي، قام علماء الأحياء بتجميع الكائنات الحية في ست ممالك—الحيوانات، النباتات، الفطريات، الطلائعيات، العتائق، والبكتيريا. ومع ذلك، أظهر العمل الرائد لعالم الأحياء الدقيقة الأمريكي كارل ووز في أوائل السبعينيات أن الحياة على الأرض قد تطورت على طول ثلاثة سلالات، تسمى الآن فوق الممالك—البكتيريا (Bacteria)، والعتائق (Archaea)، وحقيقيات النواة (Eukarya). اقترح ووز فوق المملكة كمستوى تصنيفي جديد والعتائق كفوق مملكة جديدة، لتعكس شجرة النشوء والتطور الجديدة (شكل 1.11). تعيش العديد من الكائنات الحية التي تنتمي إلى فوق مملكة العتائق في ظروف قاسية وتسمى الكائنات المحبة للظروف القاسية. لبناء شجرته، استخدم ووز العلاقات الجينية بدلاً من أوجه التشابه القائمة على الشكل (المورفولوجيا). تم استخدام جينات مختلفة في دراسات النشوء والتطور. تم بناء شجرة ووز من التسلسل المقارن للجينات الموزعة عالميًا، والموجودة في شكل متغير قليلاً في كل كائن حي، والمحفوظة (مما يعني أن هذه الجينات ظلت متغيرة قليلاً فقط طوال التطور)، وذات طول مناسب.
فروع الدراسة البيولوجية
إن نطاق علم الأحياء واسع ولذلك يحتوي على العديد من الفروع والتخصصات الفرعية. قد يتابع علماء الأحياء أحد هذه التخصصات الفرعية ويعملون في مجال أكثر تركيزًا. على سبيل المثال، يدرس علم الأحياء الجزيئي العمليات البيولوجية على المستوى الجزيئي، بما في ذلك التفاعلات بين الجزيئات مثل الحمض النووي (DNA) والحمض النووي الريبي (RNA) والبروتينات، بالإضافة إلى طريقة تنظيمها. علم الأحياء الدقيقة هو دراسة بنية ووظيفة الكائنات الدقيقة. وهو فرع واسع بحد ذاته، واعتمادًا على موضوع الدراسة، يوجد أيضًا علماء فيزيولوجيا ميكروبية، وعلماء بيئة، وعلماء وراثة، وغيرهم.
مجال آخر من مجالات الدراسة البيولوجية، هو علم الأعصاب، الذي يدرس بيولوجيا الجهاز العصبي، وعلى الرغم من أنه يعتبر فرعًا من فروع علم الأحياء، إلا أنه يُعرف أيضًا كمجال دراسة متعدد التخصصات يُعرف باسم علم الأعصاب. وبسبب طبيعته متعددة التخصصات، يدرس هذا التخصص الفرعي وظائف مختلفة للجهاز العصبي باستخدام مناهج جزيئية، خلوية، تطورية، طبية، وحسابية.
علم الحفريات، وهو فرع آخر من فروع علم الأحياء، يستخدم الأحافير لدراسة تاريخ الحياة (شكل 1.12). علم الحيوان وعلم النبات هما دراسة الحيوانات والنباتات، على التوالي. يمكن لعلماء الأحياء أيضًا التخصص كتقنيين حيويين، أو علماء بيئة، أو علماء فيزيولوجيا، على سبيل المثال لا الحصر. يطبق التقنيون الحيويون معرفة علم الأحياء لإنشاء منتجات مفيدة. يدرس علماء البيئة تفاعلات الكائنات الحية في بيئاتها. يدرس علماء الفيزيولوجيا عمل الخلايا والأنسجة والأعضاء. هذه مجرد عينة صغيرة من العديد من المجالات التي يمكن لعلماء الأحياء متابعتها. من أجسامنا إلى العالم الذي نعيش فيه، يمكن أن تؤثر الاكتشافات في علم الأحياء علينا بطرق مباشرة ومهمة للغاية. نحن نعتمد على هذه الاكتشافات لصحتنا، ومصادر غذائنا، والفوائد التي يوفرها نظامنا البيئي. وبسبب هذا، يمكن أن تفيدنا معرفة علم الأحياء في اتخاذ القرارات في حياتنا اليومية.
لقد أدى تطور التكنولوجيا في القرن العشرين الذي يستمر حتى اليوم، وخاصة تكنولوجيا وصف ومعالجة المادة الوراثية، الحمض النووي (DNA)، إلى تحويل علم الأحياء. سيسمح هذا التحول لعلماء الأحياء بمواصلة فهم تاريخ الحياة بتفاصيل أكبر، وكيف يعمل جسم الإنسان، وأصولنا البشرية، وكيف يمكن للبشر البقاء كنوع على هذا الكوكب على الرغم من الضغوط الناجمة عن أعدادنا المتزايدة. يواصل علماء الأحياء فك رموز الألغاز الهائلة حول الحياة، مما يشير إلى أننا بدأنا للتو في فهم الحياة على الكوكب، وتاريخها، وعلاقتنا بها. ولهذا ولأسباب أخرى، يجب أن تكون معرفة علم الأحياء المكتسبة من خلال هذا الكتاب المدرسي ووسائل الإعلام المطبوعة والإلكترونية الأخرى مفيدة في أي مجال تدخله.
ربط بالمسار المهني
عالم الطب الشرعي
علم الطب الشرعي هو تطبيق العلم للإجابة على الأسئلة المتعلقة بالقانون. يمكن لعلماء الأحياء وكذلك الكيميائيين والكيميائيين الحيويين أن يكونوا علماء طب شرعي. يقدم علماء الطب الشرعي أدلة علمية لاستخدامها في المحاكم، وتتضمن وظيفتهم فحص المواد الأثرية المرتبطة بالجرائم. ازداد الاهتمام بعلم الطب الشرعي في السنوات القليلة الماضية، ربما بسبب البرامج التلفزيونية الشهيرة التي تعرض علماء الطب الشرعي في العمل. كما أن تطوير التقنيات الجزيئية وإنشاء قواعد بيانات الحمض النووي (DNA) قد حدث أنواع العمل التي يمكن لعلماء الطب الشرعي القيام بها. ترتبط أنشطة عملهم في المقام الأول بالجرائم ضد الأشخاص مثل القتل والاغتصاب والاعتداء. يتضمن عملهم تحليل عينات مثل الشعر والدم وسوائل الجسم الأخرى، وكذلك معالجة الحمض النووي (DNA) (شكل 1.13) الموجود في العديد من البيئات والمواد المختلفة. يحلل علماء الطب الشرعي أيضًا أدلة بيولوجية أخرى تُترك في مسارح الجريمة، مثل أجزاء الحشرات أو حبوب اللقاح. سيُطلب من الطلاب الذين يرغبون في متابعة وظائف في علم الطب الشرعي على الأرجح أخذ دورات في الكيمياء وعلم الأحياء بالإضافة إلى بعض الدورات المكثفة في الرياضيات.
الأخلاقيات العلمية
يجب على العلماء التأكد من أن جهودهم لا تسبب ضررًا لا مبرر له للبشر أو الحيوانات أو البيئة. ويجب عليهم أيضًا التأكد من أن أبحاثهم واتصالاتهم خالية من التحيز وأنهم يوازنون بشكل صحيح بين الاعتبارات المالية والقانونية والسلامة وقابلية التكرار وغيرها من الاعتبارات. أخلاقيات علم الأحياء هي مجال مهم ومتطور باستمرار، يتعاون فيه الباحثون مع مفكرين ومنظمات أخرى. يعملون على تحديد المبادئ التوجيهية للممارسة الحالية، ويأخذون في الاعتبار باستمرار التطورات الجديدة والتقنيات الناشئة لتشكيل إجابات للسنوات والعقود القادمة.
لسوء الحظ، جاء ظهور أخلاقيات علم الأحياء كمجال بعد عدد من الممارسات غير الأخلاقية الواضحة، حيث لم يتعامل علماء الأحياء مع المشاركين في البحث بكرامة، وفي بعض الحالات ألحقوا بهم الضرر. في دراسة توسكيجي للزهري عام 1932، تم تشخيص 399 رجلاً أمريكيًا من أصل أفريقي بالزهري ولكن لم يتم إبلاغهم أبدًا بأنهم مصابون بالمرض، مما تركهم يعيشون مع المرض وينقلونه إلى الآخرين. حتى أن الأطباء حجبوا الأدوية المثبتة لأن هدف الدراسة كان فهم تأثير الزهري غير المعالج على الرجال السود.
بينما القرارات المتخذة في دراسة توسكيجي غير مبررة، فإن بعض القرارات يصعب اتخاذها حقًا. على سبيل المثال، قد يدرس خبراء أخلاقيات علم الأحياء الآثار المترتبة على تقنيات تحرير الجينات، بما في ذلك القدرة على إنشاء كائنات حية قد تحل محل كائنات أخرى في البيئة، بالإضافة إلى القدرة على "تصميم" البشر. في هذا الجهد، سيسعى خبراء الأخلاقيات على الأرجح إلى الموازنة بين النتائج الإيجابية - مثل العلاجات المحسنة أو الوقاية من أمراض معينة - والنتائج السلبية.
أخلاقيات علم الأحياء ليست بسيطة، وغالبًا ما تترك العلماء يوازنون بين الفوائد والأضرار. في هذا النص والدورة، ستناقش الاكتشافات الطبية التي، في جوهرها، تحتوي على ما يعتبره الكثيرون زلة أخلاقية. في عام 1951، تم تشخيص هنريتا لاكس، وهي امرأة أمريكية من أصل أفريقي تبلغ من العمر 30 عامًا، بسرطان عنق الرحم في مستشفى جونز هوبكنز. أعطت الخصائص الفريدة لأمراضها خلاياها القدرة على الانقسام المستمر، مما جعلها "خالدة" بشكل أساسي. دون علمها أو إذنها، أخذ الباحثون عينات من خلاياها، وبها أنشأوا خط خلايا هيلا الخالد. ساهمت هذه الخلايا في اكتشافات طبية رئيسية، بما في ذلك لقاح شلل الأطفال والعمل المتعلق بالسرطان والإيدز وشيخوخة الخلايا، وحتى مؤخرًا جدًا في أبحاث كوفيد-19. في معظم الأحيان، لم يُنسب الفضل للاكس لدورها في تلك الاكتشافات، ولم تستفد عائلتها من مليارات الدولارات من الأرباح الصيدلانية التي تم الحصول عليها جزئيًا من خلال استخدام خلاياها.
اليوم، يعتبر حصاد الأنسجة أو الأعضاء من مريض يحتضر دون موافقة ليس فقط غير أخلاقي ولكنه أيضًا غير قانوني، بغض النظر عما إذا كان هذا الفعل يمكن أن ينقذ حياة مرضى آخرين. جزء من دور الأخلاقيات في البحث العلمي هو فحص قضايا مماثلة قبل وأثناء وبعد إجراء البحث أو الممارسة، وكذلك الالتزام بالمبادئ المهنية المعمول بها والنظر في كرامة وسلامة جميع الكائنات الحية المشاركة أو المتأثرة بالعمل.