گسترهٔ حیات، یاخته و بافت (زیست ۱)

دنیای زنده

زیست‌شناسی چیست؟

زیست‌شناسی یعنی بررسی علمی جانداران و فرایندهای زیستی، و نقطهٔ شروعش یک پرسش ساده است: «چرا؟». اما این علم مرزی روشن دارد؛ چون علمی تجربی است، فقط سراغ پدیده‌های قابل مشاهده و قابل آزمایش می‌رود. به همین دلیل زیبایی، هنر و ارزش‌های اخلاقی در قلمرو آن نمی‌گنجند؛ جملهٔ «زیست‌شناسان ثابت کرده‌اند شیر خوشمزه است» منطقاً نادرست است، چون خوشمزگی قضاوتی ذوقی است نه کمیتی اندازه‌گیری‌پذیر.

زیست‌شناسی نوین را با چهار صفت توصیف می‌کنند: پویا (رشد سریع)، توانمند (ابزارهای قوی‌تر مثل توالی‌یابی ژنوم)، مترقی (پیوند با رشته‌های دیگر) و امیدبخش. دقت کن امیدبخش‌بودن یعنی کمک به حل برخی مسائل بشر، نه همهٔ آن‌ها.

نگاه امروزِ این علم به جانداران، نگاه سامانه‌ای است: اجزای جاندار با هم در ارتباط‌اند و بر یکدیگر اثر می‌گذارند، پس شناخت واقعی هم بررسی تک‌تک اجزا را می‌خواهد و هم بررسی ارتباط میان آن‌ها. همین نگاه باعث شده زیست‌شناسان از آمار، شیمی، مهندسی و هوش مصنوعی هم بهره بگیرند؛ به این «نگرش رشته‌ای» می‌گویند. سه فناوری شاخص برآمده از آن:

همین قدرت پرسش‌های اخلاقی تازه‌ای هم ساخته است: حق دسترسی به اطلاعات ژنتیکی افراد، حقوق جانوران در آزمایش‌ها و لزوم قوانین بین‌المللی.

با این حال سهم اصلی زیست‌شناسی در زندگی ما خدمت است، در چهار حوزه: غذای سالم و کافی (غذای انسان مستقیم یا غیرمستقیم از گیاه می‌آید)؛ حفاظت از بوم‌سازگان‌ها (خدمات بوم‌سازگان به سلامت تولیدکنندگانش، گیاهان و جلبک‌ها، وابسته است — نمونه‌اش دریاچهٔ ارومیه با خشکسالی، کشاورزی بی‌رویه و سدسازی)؛ انرژی تجدیدپذیر (سوخت فسیلی از جانداران گذشته و آلاینده، سوخت زیستی از جانداران امروزی و پاک‌تر؛ بیشترین انرژی جهان هنوز فسیلی است)؛ و سلامت و درمان (پزشکی شخصی با بررسی DNA هر فرد مؤثرترین درمان را برای او طراحی می‌کند).

ابن‌هیثم، دانشمند مسلمان قرن چهارم هجری، بر تجربه، آزمایش، مشاهده، استدلال عقلی و انصاف در داوری (پرهیز از نتیجه‌گیری شتاب‌زده) تأکید می‌کرد.

گسترهٔ حیات

یک باکتری و یک نهنگ آبی چه اشتراکی دارند؟ زیست‌شناسان هفت ویژگی مشترک را برای همهٔ جانداران شناسایی کرده‌اند:

یک تمایز کلیدی: رشد تغییری کمّی است و نمو تغییری کیفی؛ این دو جای هم به کار نمی‌روند.

جانداران در زنجیره‌ای تودرتو از سطوح جای می‌گیرند:

بوم‌سازگان نخستین سطحی است که عوامل غیرزنده وارد تعریفش می‌شوند، و هرچه بالاتر برویم تنوع گونه‌ای بیشتر می‌شود.

یاخته و بافت در بدن انسان

آجرهای بدن چهار گروه مولکول زیستی‌اند:

کربوهیدرات‌ها از مونوساکارید (گلوکز و فروکتوز با ۶ کربن، ریبوز با ۵ کربن) شروع می‌شوند، با اتصال دوتایی دی‌ساکارید می‌سازند (ساکارز، مالتوز، لاکتوز یا قند شیر) و با اتصال‌های فراوان پلی‌ساکارید. نشاسته و سلولز فرآوردهٔ گیاهاناند ولی گلیکوژن فرآوردهٔ جانوران و قارچ‌ها؛ انسان آنزیم تجزیهٔ سلولز ندارد، اما میکروب‌های رودهٔ گاو دارند. در لیپیدها، تری‌گلیسرید (گلیسرول + ۳ اسید چرب) ذخیرهٔ انرژی است با حدود دو برابر انرژی کربوهیدرات، فسفولیپید (گلیسرول + ۲ اسید چرب + فسفات) سازندهٔ اصلی غشاست و کلسترول در غشای جانوری و ساخت برخی هورمون‌ها نقش دارد. آنزیم‌ها هم پروتئین‌اند و سرعت واکنش‌ها را بالا می‌برند. DNA فقط ۴ نوع نوکلئوتید دارد؛ آن را با ۲۰ نوع اسید آمینهٔ پروتئین اشتباه نگیر.

یاختهٔ جانوری سه بخش دارد: هسته (نگهدارندهٔ DNA و فرمانده فعالیت‌ها، با پوشش دولایه و منافذ)، سیتوپلاسم (مادهٔ زمینه‌ای آبکی + اندامک‌ها) و غشا.

میتوکندری DNA و ریبوزوم اختصاصی خودش را دارد. غشای یاخته نفوذپذیری انتخابی دارد و از دو لایه فسفولیپید + پروتئین + کلسترول + کربوهیدرات ساخته شده؛ کربوهیدرات فقط در سطح بیرونی غشاست. پروتئین سراسری از هر دو لایه عبور می‌کند و معمولاً کانال یا ناقل مواد قطبی است، ولی پروتئین غیرسراسری روی یکی از دو سطح می‌نشیند.

عبور مواد از غشا شش راه دارد. انتشار ساده (از غلظت زیاد به کم، مثل $O_2$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی و $CO_2$ادامهٔ فرمول را افقی ببینبزرگ‌نمایی)، انتشار تسهیل‌شده (همان جهت، با کمک پروتئین) و اسمز (انتشار آب از غشای نیمه‌تراوا، از فشار اسمزی کمتر به بیشتر) ATP نمی‌خواهند؛ اما انتقال فعال (خلاف شیب غلظت) و آندوسیتوز/اگزوسیتوز (ذرات بزرگ، با کیسه‌ریز) به ATP نیاز دارند. فشار اسمزی کمترین فشاری است که باید به محلول غلیظ‌تر وارد شود تا ورود خالص آب متوقف شود؛ چون این فشار در دو سوی غشای یاخته تقریباً برابر است، یاخته نه می‌ترکد نه چروکیده می‌شود.

در بافت پیوندی رشته‌های کلاژن مقاوم، کم‌کشش و قطورترند، ولی رشته‌های کشسان مثل کِش لباس کشیده و بازمی‌گردند و قطر کمتری دارند. در نورون هم دندریت‌ها کوتاه و متعددند و پیام را می‌گیرند، اما آکسون منفرد و بلندتر است و پیام را می‌فرستد.