زیست شناسی

زیست شناسی مطالعه علمی زندگی است. این یک علم طبیعی با دامنه وسیع است اما دارای چندین موضوع وحدت بخش است که آن را به عنوان یک زمینه واحد و منسجم به هم پیوند می دهد. به عنوان مثال ، همه موجودات زنده از سلولهایی تشکیل شده اند که اطلاعات ارثی رمزگذاری شده در ژنها را پردازش می کنند و می توانند به نسلهای آینده منتقل شوند. موضوع اصلی دیگر تکامل است که وحدت و تنوع زندگی را توضیح می دهد.سرانجام ، همه موجودات برای حرکت ، رشد و تولید مثل و تنظیم محیط داخلی خود به انرژی نیاز دارند.

زیست شناسان می توانند زندگی را در سطوح مختلف سازمان مطالعه کنند. از زیست شناسی مولکولی یک سلول تا آناتومی و فیزیولوژی گیاهان و جانوران و تکامل جمعیت ها. از این رو ، زیر شاخه های متعددی در زیست شناسی وجود دارد که هریک با توجه به ماهیت سوالات تحقیق و ابزارهای مورد استفاده آنها تعریف شده است.مانند دیگر دانشمندان ، زیست شناسان از روش علمی برای انجام مشاهدات ، طرح سوالات ، ایجاد فرضیه ها ، آزمایش و انجام نتیجه گیری در مورد جهان پیرامون خود استفاده می کنند.

زندگی بر روی زمین ، که بیش از ۳٫۷ میلیارد سال پیش پدیدار شد ، بسیار متنوع است. زیست شناسان به دنبال مطالعه و طبقه بندی انواع مختلف زندگی هستند ، از موجودات پروکاریوتی مانند باستان و باکتری ها تا موجودات یوکاریوتی مانند پروتیست ها ، قارچ ها ، گیاهان و حیوانات. این موجودات مختلف به تنوع زیستی یک اکوسیستم کمک می کنند ، جایی که آنها نقش ویژه ای در چرخه مواد مغذی و انرژی ایفا می کنند.

علم اشتقاق لغات

زیست شناسی از واژه های یونانی باستان βίος romanized bíos به معنی “زندگی” و -λογία گرفته شده است. Romanized -logía به معنی “شاخه تحصیل” یا “صحبت کردن” است.ترکیب آنها کلمه یونانی βιολογία را رومی شده biología به معنی “زیست شناسی”. با وجود این ، اصطلاح βιολογία به طور کلی در یونان باستان وجود نداشت. اولین کسی که آن را وام گرفت ، انگلیسی و فرانسوی (biologie) بود. از نظر تاریخی اصطلاح دیگری برای زیست شناسی در انگلیسی وجود داشت ، مادام العمر. امروزه به ندرت مورد استفاده قرار می گیرد.

شکل لاتین زبان این اصطلاح برای اولین بار در سال ۱۷۳۶ هنگامی ظاهر شد که دانشمند سوئدی کارل لینئوس (کارل فون لینه) از بیولوژیکی در Bibliotheca Botanica خود استفاده کرد. در سال ۱۷۶۶ بار دیگر در اثری تحت عنوان Philosophiae naturalis sive physicae: tomus III ، geologian، biologian، phytologian generalis ، توسط مایکل کریستف هانوف ، یکی از شاگردان کریستین ولف ، دوباره استفاده شد. اولین استفاده آلمانی ، Biologie ، در ترجمه ۱۷۷۱ از آثار Linnaeus بود. در سال ۱۷۹۷ ، تئودور گئورگ آگوست روز از این اصطلاح در مقدمه کتابی به نام Grundzüge der Lehre van der Lebenskraft استفاده کرد. کارل فردریش بورداخ از این اصطلاح در سال ۱۸۰۰ در مفهوم محدودتر مطالعه انسانها از منظر مورفولوژیکی ، فیزیولوژیکی و روانی استفاده کرد (Propädeutik zum Studien der gesammten Heilkunst). این اصطلاح با استفاده از رساله شش جلدی Biologie ، oder Philosophie der lebenden Natur (1802-22) نوشته گوتفرید راینولد ترویرانوس ، که امروزه اعلام کرد: 

موضوعات مورد بررسی ما اشکال و مظاهر مختلف زندگی ، شرایط و قوانینی است که تحت تأثیر این پدیده ها قرار می گیرد و عللی که از طریق آنها تحت تأثیر قرار گرفته است. ما علمی را که با این اشیا در ارتباط است با نام بیولوژی [Biologie] یا آموزه زندگی [Lebenslehre] نشان خواهیم داد.

تاریخچه

ریشه های اولیه علم ، که شامل پزشکی می شد ، در مصر باستان و بین النهرین در حدود ۳۰۰۰ تا ۱۲۰۰ قبل از میلاد قابل ردیابی است. [۱۴] [۱۵] مشارکت آنها بعداً وارد فلسفه طبیعی یونان در دوران باستان کلاسیک شد و شکل داد.

فیلسوفان یونان باستان مانند ارسطو (۳۸۴–۳۲۲ پیش از میلاد) در توسعه دانش بیولوژیکی مشارکت زیادی داشتند. آثار او مانند تاریخچه حیوانات از اهمیت ویژه ای برخوردار بودند زیرا گرایش های طبیعت گرایانه او را آشکار کردند ، و بعداً آثار تجربی تری که بر علل بیولوژیکی و تنوع زندگی متمرکز بود. جانشین ارسطو در لیسه ، تئوفراستوس ، مجموعه ای از کتابها را در زمینه گیاه شناسی نوشت که به عنوان مهمترین سهم دوران باستان در علوم گیاهی ، حتی در قرون وسطی باقی ماند.

دانشمندان جهان اسلام قرون وسطی که در زمینه زیست شناسی نوشتند عبارتند از: الجیحز (۷۸۱-۸۶۹) ، الدناوره (۸۲۸-۸۹۶) ، که در زمینه گیاه شناسی و رازس (۸۶۵-۹۲۵) که در زمینه آناتومی و فیزیولوژی می نوشتند. به پزشکی به ویژه توسط دانشمندان اسلامی که در سنت های فیلسوفان یونانی کار می کردند به خوبی مورد مطالعه قرار گرفت ، در حالی که تاریخ طبیعی به شدت از اندیشه ارسطویی استفاده می کرد ، به ویژه در حمایت از سلسله مراتب ثابت زندگی.

زیست شناسی با بهبود چشمگیر میکروسکوپ آنتون ون لوونهوک به سرعت در حال توسعه و رشد است. در آن زمان بود که دانشمندان اسپرم ، باکتری ، اینفوزوریا و تنوع زندگی میکروسکوپی را کشف کردند. تحقیقات توسط جان سوامردام منجر به علاقه جدیدی به حشره شناسی شد و به توسعه تکنیک های اساسی تجزیه و رنگ آمیزی میکروسکوپی کمک کرد.

پیشرفت در میکروسکوپ نیز تأثیر عمیقی بر تفکر بیولوژیکی داشت. در اوایل قرن ۱۹ ، تعدادی از زیست شناسان به اهمیت اصلی سلول اشاره کردند. سپس ، در سال ۱۸۳۸ ، اشلایدن و شوان شروع به ترویج ایده های جهانی کردند که (۱) واحد اصلی موجودات سلول است و (۲) اینکه تک تک سلول ها دارای تمام ویژگی های زندگی هستند ، اگرچه با این ایده مخالف بودند که (۳) همه سلولها از تقسیم سلولهای دیگر به وجود می آیند. با این حال ، به لطف کار روبرت رماک و رودولف ویرچو ، در دهه ۱۸۶۰ ، بیشتر زیست شناسان هر سه اصل از آنچه به عنوان نظریه سلول شناخته شد را پذیرفتند.

در همین حال ، طبقه بندی و طبقه بندی مورد توجه مورخان طبیعی قرار گرفت. کارل لیناین طبقه بندی اصلی جهان طبیعی را در سال ۱۷۳۵ منتشر کرد (انواع آن از آن زمان استفاده می شود) ، و در دهه ۱۷۵۰ نام علمی برای همه گونه های خود معرفی کرد. ژرژ-لوئیس لکلرک ، کنت بوفون ، گونه ها را به عنوان دسته های مصنوعی و شکل های زنده را به عنوان چکش خو تلقی کرد-حتی احتمال وجود تبار مشترک را نیز نشان داد. بوفون اگرچه با تکامل مخالف بود ، اما یک شخصیت کلیدی در تاریخ اندیشه تکاملی است. کار او بر نظریه های تکاملی لامارک و داروین تأثیر گذاشت.
تفکر تکاملی جدی با آثار ژان باتیست لامارک ، که اولین کسی بود که نظریه منسجم تکامل را ارائه کرد ، سرچشمه گرفت.

وی تصور کرد که تکامل نتیجه فشار محیطی بر خصوصیات حیوانات است ، به این معنی که هرچه از اندامی بیشتر و دقیق استفاده شود ، پیچیده تر و کارآمدتر می شود ، بنابراین حیوان را با محیط خود سازگار می کند. لامارک معتقد بود که این صفات به دست آمده می تواند به فرزندان حیوان منتقل شود ، که آنها را بیشتر توسعه داده و کامل می کند. با این حال ، چارلز داروین ، طبیعت شناس انگلیسی ، با ترکیب رویکرد زیست جغرافیایی هومبولت ، زمین شناسی یکنواخت Lyell ، نوشته های مالتوس در مورد افزایش جمعیت ، و تخصص مورفولوژیکی خود و مشاهدات طبیعی گسترده ، تئوری تکاملی موفق تری را بر اساس انتخاب طبیعی جعل کرد. ؛ استدلال و شواهد مشابه باعث شد آلفرد راسل والاس به طور مستقل به همان نتیجه برسد. 

نظریه تکامل داروین با انتخاب طبیعی به سرعت در جامعه علمی گسترش یافت و به زودی بدیهی اصلی علم زیست شناسی به سرعت در حال توسعه شد.

مبنای ژنتیک مدرن با کار گرگور مندل آغاز شد ، که مقاله خود را با عنوان “Versuche über Pflanzenhybriden” (“آزمایشات روی هیبریداسیون گیاهان”) در سال ۱۸۶۵ ارائه کرد که اصول وراثت بیولوژیکی را ارائه می داد و به عنوان پایه عمل می کرد. برای ژنتیک مدرن. [۳۱] با این حال ، اهمیت کار او تا اوایل قرن بیستم درک نشد ، زمانی که تکامل به یک نظریه واحد تبدیل شد ، زیرا سنتز مدرن تکامل داروینی را با ژنتیک کلاسیک تطبیق داد. در دهه ۱۹۴۰ و اوایل ۱۹۵۰ ، یک سری آزمایشات توسط آلفرد هرشی و مارتا چیس به DNA به عنوان جزء کروموزوم ها اشاره کرد که واحدهای حامل صفت را که به عنوان ژن شناخته شده بودند ، در خود نگه داشت. تمرکز بر انواع جدید موجودات نمونه مانند ویروس ها و باکتری ها ، همراه با کشف ساختار دو مارپیچ DNA توسط جیمز واتسون و فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۳ ، گذار به عصر ژنتیک مولکولی را مشخص کرد. از دهه ۱۹۵۰ تا به امروز ، زیست شناسی در حوزه مولکولی بسیار گسترده شده است. کد ژنتیکی توسط هار گوبیند خورانا ، روبرت دبلیو هالی و مارشال وارن نیرنبرگ پس از اینکه DNA حاوی کدون بود ، شکسته شد. سرانجام ، پروژه ژنوم انسان در سال ۱۹۹۰ با هدف نقشه برداری از ژنوم عمومی انسان راه اندازی شد. این پروژه اساساً در سال ۲۰۰۳ به پایان رسید ، با تجزیه و تحلیل بیشتر هنوز منتشر شد. پروژه ژنوم انسان اولین گام در تلاش جهانی برای به کارگیری دانش انباشته زیست شناسی در تعریف عملکرد مولکولی بدن انسان و بدن سایر موجودات بود.

مبانی
پایه شیمیایی
اتم ها و مولکول ها

همه موجودات زنده از ماده و همه مواد از عناصر تشکیل شده اند.اکسیژن ، کربن ، هیدروژن و نیتروژن چهار عنصری هستند که ۹۶ درصد از کل موجودات را تشکیل می دهند و کلسیم ، فسفر ، گوگرد ، سدیم ، کلر و منیزیم ۳٫۷ درصد باقی مانده را تشکیل می دهند. عناصر مختلف می توانند ترکیب شده و ترکیباتی مانند آب را که برای حیات ضروری است ، تشکیل دهند.

زندگی بر روی زمین از آب شروع شد و حدود سه میلیارد سال قبل از مهاجرت به خشکی در آنجا ماند.  ماده می تواند در حالتهای مختلف به صورت جامد ، مایع یا گاز وجود داشته باشد.

کوچکترین واحد یک عنصر یک اتم است که از یک هسته اتمی و یک یا چند الکترون در حال حرکت در اطراف هسته تشکیل شده است ، همانطور که در مدل بور توضیح داده شده است. هسته از یک یا چند پروتون و تعدادی نوترون تشکیل شده است. پروتون ها دارای بار الکتریکی مثبت ، نوترون ها از نظر الکتریکی خنثی و الکترون ها دارای بار الکتریکی منفی هستند.

اتم هایی با تعداد مساوی پروتون و الکترون از نظر الکتریکی خنثی هستند. اتم هر عنصر خاص شامل تعداد منحصر به فردی پروتون است که به عدد اتمی آن معروف است و مجموع پروتون ها و نوترونهای آن عدد جرمی اتم است. جرم پروتونها ، نوترونها و الکترونها را می توان بر حسب گرم یا دالتون (Da) اندازه گیری کرد و جرم هر پروتون یا نوترون را تا ۱ Da گرد کرد.

اگرچه همه اتمهای یک عنصر خاص دارای پروتونهای یکسانی هستند ، اما ممکن است از نظر تعداد نوترونها متفاوت باشند ، بنابراین ایزوتوپ وجود دارد. به عنوان مثال ، کربن می تواند به عنوان یک ایزوتوپ پایدار (کربن -۱۲ یا کربن -۱۳) یا یک ایزوتوپ رادیواکتیو (کربن -۱۴) وجود داشته باشد ، از دومی که می توان در تعیین رادیومتری (مخصوصاً قدمت رادیوکربن) برای تعیین سن استفاده کرد. از مواد آلی.

اتم های جداگانه را می توان با پیوندهای شیمیایی در کنار هم نگه داشت تا مولکول ها و ترکیبات یونی را تشکیل دهد. انواع متداول پیوندهای شیمیایی شامل پیوندهای یونی ، پیوندهای کووالانسی و پیوندهای هیدروژنی است. پیوند یونی شامل جاذبه الکترواستاتیک بین یونهای دارای بار مخالف ، یا بین دو اتم با الکترونگاتیوی بسیار متفاوت است و برهم کنش اولیه در ترکیبات یونی است. یونها اتمها (یا گروههای اتم) با بار الکترواستاتیک هستند. اتم هایی که الکترون به دست می آورند ، یون های دارای بار منفی (آنیون ها) نامیده می شوند ، در حالی که اتم هایی که الکترون از دست می دهند ، یون های دارای بار مثبت (کاتیون ها) نامیده می شوند.
برخلاف پیوندهای یونی ، پیوند کووالانسی شامل به اشتراک گذاری جفت الکترون بین اتم ها می شود. این جفت الکترون و تعادل پایدار نیروهای جذاب و دافعه بین اتم ها ، هنگامی که الکترون ها را به اشتراک می گذارند ، به عنوان پیوند کووالانسی شناخته می شود.

پیوند هیدروژنی در اصل یک نیروی جاذبه الکترواستاتیک بین یک اتم هیدروژن است که به صورت کووالانسی به یک اتم یا گروه الکترونگاتیو بیشتر مانند اکسیژن متصل است. یک نمونه در همه جا از پیوند هیدروژنی بین مولکول های آب یافت می شود. در یک مولکول آب گسسته ، دو اتم هیدروژن و یک اتم اکسیژن وجود دارد. دو مولکول آب می توانند بین آنها پیوند هیدروژنی ایجاد کنند. هنگامی که مولکول های بیشتری وجود دارد ، مانند آب مایع ، پیوندهای بیشتری امکان پذیر است زیرا اکسیژن یک مولکول آب دارای دو جفت الکترون تنها است که هر کدام می توانند پیوند هیدروژنی با هیدروژن روی مولکول آب دیگر تشکیل دهند.

آب

حیات از اولین اقیانوس زمین بوجود آمد که تقریباً ۳٫۸ میلیارد سال پیش شکل گرفت. از آن زمان ، آب همچنان فراوان ترین مولکول در هر موجود زنده است. آب برای حیات مهم است زیرا حلال موثری است که می تواند املاح مانند یونهای سدیم و کلرید یا سایر مولکولهای کوچک را حل کرده و محلول آبی تشکیل دهد. این املاح پس از حل شدن در آب ، بیشتر در تماس با یکدیگر قرار می گیرند و بنابراین در واکنشهای شیمیایی که حیات را حفظ می کنند شرکت می کنند.

از نظر ساختار مولکولی ، آب یک مولکول قطبی کوچک با شکل خمیده است که از پیوندهای کووالانسی قطبی دو اتم هیدروژن (H) به یک اتم اکسیژن (O) (H2O) تشکیل شده است. [۳۷] از آنجا که پیوندهای O -H قطبی هستند ، اتم اکسیژن دارای بار منفی جزئی و دو اتم هیدروژن دارای بار مثبت کمی هستند.

این خاصیت قطبی آب به آن اجازه می دهد تا سایر مولکول های آب را از طریق پیوندهای هیدروژنی جذب کند ، که باعث انسجام آب می شود.کشش سطحی ناشی از نیروی منسجم به دلیل جذب بین مولکولها در سطح مایع است.

آب همچنین چسبناک است زیرا می تواند به سطح هر مولکول قطبی یا بار دار غیرآبی بچسبد.

آب به عنوان یک مایع متراکم تر از یک جامد (یا یخ) است. این خاصیت منحصر به فرد آب باعث می شود یخ بر فراز آب مایع مانند حوضچه ها ، دریاچه ها و اقیانوس ها شناور باشد و در نتیجه مایع زیر را از هوای سرد بالا عایق بندی کند.

چگالی کمتر یخ در مقایسه با آب مایع به دلیل تعداد کمتر مولکول های آب است که ساختار مشبک بلوری یخ را تشکیل می دهند و مقدار زیادی فضای بین مولکول های آب باقی می گذارد. در مقابل ، هیچ ساختار مشبک کریستالی در آب مایع وجود ندارد ، که به مولکول های آب بیشتری اجازه می دهد حجم یکسانی را اشغال کنند.

آب همچنین دارای ظرفیت جذب انرژی است و نسبت به سایر حلالها مانند اتانول ظرفیت حرارتی ویژه بالاتری دارد. بنابراین ، مقدار زیادی انرژی برای شکستن پیوندهای هیدروژنی بین مولکولهای آب برای تبدیل آب مایع به گاز (یا بخار آب) مورد نیاز است.

به عنوان یک مولکول ، آب کاملاً پایدار نیست زیرا هر مولکول آب قبل از تبدیل مجدد به مولکول آب به طور پیوسته به یونهای هیدروژن و هیدروکسیل تجزیه می شود. در آب خالص ، تعداد یونهای هیدروژن تعداد یونهای هیدروکسیل را متعادل (یا مساوی) می کند و در نتیجه pH خنثی ایجاد می شود. اگر یونهای هیدروژن بیش از یونهای هیدروکسیل باشند ، pH محلول اسیدی خواهد بود. برعکس ، اگر یونهای هیدروکسیل از یونهای هیدروژن بیشتر شوند ، pH محلول پایه می شود.

ترکیبات آلی

ترکیبات آلی مولکول هایی هستند که حاوی کربن متصل به عنصر دیگری مانند هیدروژن هستند. به جز آب ، تقریباً تمام مولکولهای تشکیل دهنده هر موجود زنده حاوی کربن هستند.کربن دارای شش الکترون است که دو عدد از آنها در اولین پوسته آن قرار دارند و چهار الکترون در پوسته ظرفیت آن باقی می ماند. بنابراین ، کربن می تواند با چهار اتم دیگر پیوندهای کووالانسی ایجاد کند ، و آن را به چند منظوره ترین اتم روی زمین تبدیل می کند زیرا قادر به تشکیل مولکول های متنوع ، بزرگ و پیچیده است. به عنوان مثال ، یک اتم کربن می تواند چهار پیوند کووالانسی واحد مانند متان ، دو پیوند کووالانسی دوگانه مانند دی اکسید کربن (CO
۲) ، یا پیوند کووالانسی سه گانه مانند مونوکسید کربن (CO). علاوه بر این ، کربن می تواند زنجیره های بسیار طولانی از پیوندهای کربن-کربن متصل به یکدیگر مانند اکتان یا ساختارهای حلقه مانند گلوکز ایجاد کند.

ساده ترین شکل یک مولکول آلی هیدروکربن است که یک خانواده بزرگ از ترکیبات آلی است که از اتم های هیدروژن متصل به زنجیره ای از اتم های کربن تشکیل شده است. ستون فقرات هیدروکربن را می توان با عناصر دیگری مانند اکسیژن (O) ، هیدروژن (H) ، فسفر (P) و گوگرد (S) جایگزین کرد که می تواند رفتار شیمیایی آن ترکیب را تغییر دهد. گروه های اتمی که حاوی این عناصر (O- ، H- ، P- و S-) هستند و به یک اتم کربن مرکزی یا اسکلت متصل شده اند ، گروه های تابعی نامیده می شوند. شش گروه عملکردی برجسته وجود دارد که می توان در موجودات زنده یافت: گروه آمینو ، گروه کربوکسیل ، گروه کربونیل ، گروه هیدروکسیل ، گروه فسفات و گروه سولفیدریل.

در سال ۱۹۵۳ ، استنلی میلر و هارولد اوری یک آزمایش کلاسیک (معروف به آزمایش میلر-اوری) انجام دادند ، که نشان داد ترکیبات آلی را می توان به صورت غیرطبیعی در یک سیستم بسته که از شرایط اولیه زمین تقلید می کند ، سنتز کرد و آنها را به این نتیجه رساند. مولکولهای آلی می توانند خود به خود در اوایل زمین بوجود آمده باشند ، به احتمال زیاد در نزدیکی آتشفشانها ، و می توانند بخشی از مراحل اولیه نازایی (یا منشاء حیات) را داشته باشند.

مولکولهای ماکرو

ماکرومولکولها مولکولهای بزرگی هستند که از زیر واحدهای مولکولی کوچکتر تشکیل شده اند و به هم متصل شده اند.مولکولهای کوچک مانند قندها ، اسیدهای آمینه و نوکلئوتیدها می توانند به عنوان واحدهای تکراری منفرد به نام مونومر عمل کرده و از طریق یک فرآیند شیمیایی به نام تراکم ، مولکولهای زنجیره ای به نام پلیمرها ایجاد کنند. به عنوان مثال ، اسیدهای آمینه می توانند پلی پپتیدها را تشکیل دهند در حالی که نوکلئوتیدها می توانند رشته هایی از اسید نوکلئیک را تشکیل دهند. پلیمرها سه مورد از چهار درشت مولکول (پلی ساکاریدها ، لیپیدها ، پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک) را تشکیل می دهند که در همه موجودات وجود دارد. هر یک از این درشت مولکول ها در هر سلول معین نقش تخصصی ایفا می کنند.

کربوهیدراتها (یا قند) مولکولهایی با فرمول مولکولی (CH2O) n هستند که n تعداد گروههای هیدرات کربن است.آنها شامل مونوساکاریدها (مونومر) ، الیگوساکاریدها (پلیمرهای کوچک) و پلی ساکاریدها (پلیمرهای بزرگ) هستند. مونوساکاریدها را می توان با پیوندهای گلیوزیدی ، نوعی پیوند کووالانسی به هم متصل کرد.

وقتی دو مونوساکارید مانند گلوکز و فروکتوز به هم متصل می شوند ، می توانند یک دی ساکارید مانند ساکاروز تشکیل دهند.وقتی بسیاری از مونوساکاریدها به هم متصل می شوند ، بسته به تعداد مونوساکاریدها ، می توانند یک الیگوساکارید یا پلی ساکارید تشکیل دهند. عملکرد پلی ساکاریدها می تواند متفاوت باشد. مونوساکاریدها مانند گلوکز می توانند منبع انرژی باشند و برخی از پلی ساکاریدها می توانند به عنوان مواد ذخیره سازی عمل کرده و هیدرولیز شوند تا سلول ها قند تهیه کنند.

لیپیدها تنها دسته از ماکرومولکول ها هستند که از پلیمرها تشکیل نشده اند. استروئیدها ، فسفولیپیدها و چربیها مهمترین چربیهای بیولوژیکی هستند. این لیپیدها ترکیبات آلی هستند که تا حد زیادی غیر قطبی و آب گریز هستند.

استروئیدها ترکیبات آلی هستند که از چهار حلقه ذوب شده تشکیل شده اند.فسفولیپیدها از گلیسرول تشکیل شده اند که به یک گروه فسفاته و دو زنجیره هیدروکربوری (یا اسیدهای چرب) مرتبط است. گروه گلیسرول و فسفات با هم منطقه قطبی و آب دوست (یا سر) مولکول را تشکیل می دهند در حالی که اسیدهای چرب منطقه غیر قطبی و آبگریز (یا دم) را تشکیل می دهند.بنابراین ، هنگامی که در آب هستند ، فسفولیپیدها تمایل به ایجاد یک لایه دو فسفولیپیدی دارند که به موجب آن سرهای آبگریز به سمت بیرون جهت تعامل با مولکول های آب قرار دارند. برعکس ، دم های آبگریز جهت جلوگیری از تماس با آب به سمت دیگر دماهای آبگریز قرار دارند.

پروتئین ها متنوع ترین درشت مولکول ها هستند که شامل آنزیم ها ، پروتئین های انتقال دهنده ، مولکول های سیگنال دهی بزرگ ، آنتی بادی ها و پروتئین های ساختاری هستند. واحد اصلی (یا مونومر) یک پروتئین یک آمینو اسید است که دارای یک اتم کربن مرکزی است که به صورت کووالانسی به یک اتم هیدروژن ، یک گروه آمینه ، یک گروه کربوکسیل و یک زنجیره جانبی (یا گروه R ، “R “برای باقی مانده).بیست اسید آمینه وجود دارد که اجزای سازنده پروتئین ها را تشکیل می دهند و هر اسید آمینه دارای زنجیره جانبی منحصر به فرد خود است.

 قطبیت و بار زنجیره های جانبی بر حلالیت اسیدهای آمینه تأثیر می گذارد. آمینو اسید با زنجیره جانبی که قطبی و دارای بار الکتریکی است ، محلول در آبگریزی است در حالی که آمینو اسید با زنجیره جانبی که فاقد اتم باردار یا الکترونگاتیو است آبگریز است و بنابراین تمایل دارد به جای حل شدن در آب به هم متصل شود.پروتئین ها دارای چهار سطح سازماندهی مجزا (اولیه ، ثانویه ، سوم و چهارم) هستند. ساختار اولیه شامل یک دنباله منحصر به فرد از اسیدهای آمینه است که توسط پیوندهای پپتیدی به صورت کووالانسی به هم متصل شده اند. سپس زنجیره های جانبی اسیدهای آمینه منفرد می توانند با یکدیگر تعامل داشته و باعث ایجاد ساختار ثانویه پروتئین شوند.دو نوع معمول ساختارهای ثانویه عبارتند از مارپیچ آلفا و ورقه های بتا. تا شدن مارپیچهای آلفا و صفحات بتا به یک پروتئین ساختار سه بعدی یا سوم را می بخشد. در نهایت ، چندین ساختار سوم می توانند ترکیب شوند و ساختار چهارم پروتئین را تشکیل دهند.

اسیدهای نوکلئیک پلیمرهایی هستند که از مونومرهایی به نام نوکلئوتید تشکیل شده اند. وظیفه آنها ذخیره ، انتقال و بیان اطلاعات ارثی است.  نوکلئوتیدها از یک گروه فسفات ، یک قند پنج کربنی و یک پایه نیتروژنی تشکیل شده اند. ریبونوکلئوتیدها که حاوی ریبوز به عنوان قند هستند ، مونومرهای اسید ریبونوکلئیک (RNA) هستند. در مقابل ، دئوکسی ریبونوکلئوتیدها حاوی دئوکسی ریبوز به عنوان قند هستند و مونومرهای دئوکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) را تشکیل می دهند. RNA و DNA نیز با توجه به یکی از پایه های آنها متفاوت است.دو نوع پایه وجود دارد: پورین ها و پیریمیدین ها. پورین ها شامل گوانین (G) و آدنین (A) هستند در حالی که پیریمیدین ها از سیتوزین (T) ، اوراسیل (U) و تیمین (T) تشکیل شده اند. اوراسیل در RNA و تیمین در DNA استفاده می شود. روی هم رفته ، وقتی قندها و بازهای مختلف در نظر گرفته شوند ، هشت نوکلئوتید مجزا وجود دارد که می توانند دو نوع اسید نوکلئیک را تشکیل دهند: DNA (A ، G ، C و T) و RNA (A ، G ، C و U ).

سلول ها

نظریه سلولی بیان می کند که سلولها واحدهای اساسی زندگی هستند ، همه موجودات زنده از یک یا چند سلول تشکیل شده اند و همه سلولها از طریق تقسیم سلولی از سلولهای پیشین بوجود می آیند. [۴۷] بیشتر سلولها بسیار کوچک هستند ، قطر آنها بین ۱ تا ۱۰۰ میکرومتر است و بنابراین تنها در زیر میکروسکوپ نوری یا الکترونی قابل مشاهده هستند. [۴۸] به طور کلی دو نوع سلول وجود دارد: سلولهای یوکاریوتی که حاوی هسته هستند و سلولهای پروکاریوتی که این سلولها را ندارند. پروکاریوت ها موجودات تک سلولی مانند باکتری ها هستند ، در حالی که یوکاریوت ها می توانند تک سلولی یا چند سلولی باشند. در موجودات چند سلولی ، هر سلول در بدن ارگانیسم در نهایت از یک سلول در تخمک بارور گرفته می شود.

ساختار سلول

هر سلول درون یک غشای سلولی محصور شده است که سیتوپلاسم خود را از فضای خارج سلولی جدا می کند. غشای سلولی از یک لایه چربی تشکیل شده است ، از جمله کلسترول هایی که بین فسفولیپیدها قرار دارند تا سیالیت خود را در دماهای مختلف حفظ کنند. غشای سلولی نیمه تراوا هستند و اجازه می دهند مولکولهای کوچکی مانند اکسیژن ، دی اکسید کربن و آب از بین بروند در حالی که حرکت مولکولهای بزرگتر و ذرات باردار مانند یونها را محدود می کند.

غشای سلولی همچنین حاوی پروتئین های غشایی است ، از جمله پروتئین های غشایی جدایی ناپذیر که از غشا عبور می کنند و به عنوان منتقل کننده غشا عمل می کنند ، و پروتئین های محیطی که به طور شل به قسمت بیرونی غشای سلولی متصل می شوند ، به عنوان آنزیم های شکل دهنده سلول عمل می کنند. غشای سلولی در فرایندهای مختلف سلولی مانند چسبندگی سلولی ، ذخیره انرژی الکتریکی و سیگنال دهی سلولی نقش دارند و به عنوان سطح پیوست چندین ساختار خارج سلولی مانند دیواره سلولی ، گلیکوکالیکس و اسکلت سلولی عمل می کنند.

درون سیتوپلاسم یک سلول ، مولکولهای زیستی زیادی مانند پروتئین ها و اسیدهای نوکلئیک وجود دارد. سلولهای یوکاریوتی علاوه بر مولکولهای زیستی دارای ساختارهای تخصصی به نام اندامکها هستند که لایه های چربی خود را دارند یا واحدهای فضایی هستند.

این اندامک ها شامل هسته سلولی است که بیشتر DNA سلول را شامل می شود ، یا میتوکندری ، که آدنوزین تری فسفات (ATP) را برای تقویت فرایندهای سلولی تولید می کند. اندامک های دیگر مانند شبکه آندوپلاسمی و دستگاه گلژی به ترتیب در سنتز و بسته بندی پروتئین ها نقش دارند. مولکول های زیستی مانند پروتئین ها می توانند توسط لیزوزوم ها ، یک اندامک تخصصی دیگر ، بلعیده شوند. سلولهای گیاهی دارای اندامکهای اضافی هستند که آنها را از سلولهای حیوانی متمایز می کند مانند دیواره سلولی که از سلول گیاهی پشتیبانی می کند ، کلروپلاستهایی که انرژی نور خورشید را برای تولید قند جمع آوری می کنند و واکوئلهایی که ذخیره و پشتیبانی ساختاری را فراهم می کنند و همچنین در تولید مثل و تجزیه نقش دارند.

از دانه های گیاه. سلول های یوکاریوتی همچنین دارای اسکلت سلولی هستند که از ریز لوله ها ، رشته های میانی و ریز رشته ها تشکیل شده است که همگی از سلول پشتیبانی می کنند و در حرکت سلول و اندامک های آن نقش دارند. از نظر ترکیب ساختاری ، ریز لوله ها از توبولین (به عنوان مثال ، α-tubulin و β-tubulin در حالی که رشته های میانی از پروتئین های فیبری تشکیل شده اند ، تشکیل شده است.ریز رشته ها از مولکول های اکتین تشکیل شده اند که با رشته های دیگر تعامل دارند. پروتئین ها

متابولیسم

همه سلولها برای حفظ فرایندهای سلولی به انرژی نیاز دارند. انرژی ظرفیت انجام کار است که در ترمودینامیک با استفاده از انرژی آزاد گیبس قابل محاسبه است. طبق قانون اول ترمودینامیک ، انرژی حفظ می شود ، یعنی نمی توان ایجاد یا از بین برد. از این رو ، واکنش های شیمیایی در یک سلول ، انرژی جدیدی ایجاد نمی کند ، بلکه در دگرگونی و انتقال انرژی دخیل است.با این وجود ، همه انتقال انرژی منجر به از دست دادن انرژی قابل استفاده می شود ، که همانطور که در قانون دوم ترمودینامیک بیان شده است ، آنتروپی (یا حالت بی نظمی) را افزایش می دهد.

در نتیجه ، یک ارگانیسم برای حفظ حالت پایین آنتروپی به انرژی مداوم نیاز دارد. در سلولها ، انرژی را می توان به عنوان الکترون در طول واکنشهای اکسایش و کاهش – اکسیداسیون منتقل کرد ، در پیوندهای کووالانسی ذخیره کرد و با حرکت یونها (به عنوان مثال ، هیدروژن ، سدیم ، پتاسیم) در سراسر یک غشا ایجاد شد.

متابولیسم مجموعه ای از واکنشهای شیمیایی حیاتی در موجودات زنده است. سه هدف اصلی متابولیسم عبارتند از: تبدیل غذا به انرژی برای اجرای فرایندهای سلولی. تبدیل غذا/سوخت به عناصر سازنده پروتئین ها ، لیپیدها ، اسیدهای نوکلئیک و برخی کربوهیدرات ها. و حذف مواد زائد متابولیک این واکنشهای کاتالیزور آنزیمی به ارگانیسم ها اجازه رشد و تولید مثل ، حفظ ساختار و واکنش به محیط خود را می دهد. واکنشهای متابولیک ممکن است به عنوان کاتابولیک طبقه بندی شوند – تجزیه ترکیبات (به عنوان مثال ، تجزیه گلوکز به پیروات با تنفس سلولی). یا آنابولیک – تجمع (سنتز) ترکیبات (مانند پروتئین ها ، کربوهیدرات ها ، لیپیدها و اسیدهای نوکلئیک). معمولاً کاتابولیسم انرژی آزاد می کند و آنابولیسم انرژی را مصرف می کند.

واکنشهای شیمیایی متابولیسم در مسیرهای متابولیکی سازماندهی می شوند که در آن یک ماده شیمیایی طی چند مرحله به ماده شیمیایی دیگر تبدیل می شود و هر مرحله توسط یک آنزیم خاص تسهیل می شود. آنزیم ها برای متابولیسم بسیار مهم هستند زیرا به ارگانیسم ها اجازه می دهد تا واکنش های مطلوبی را که نیاز به انرژی دارند و خود به خود ایجاد نمی شوند ، با اتصال آنها به واکنش های خود به خودی که انرژی آزاد می کنند ، هدایت کنند.

آنزیم ها به عنوان کاتالیزور عمل می کنند – آنها اجازه می دهند واکنش با سرعت بیشتری بدون مصرف توسط آن کاهش یابد – با کاهش میزان انرژی فعال سازی مورد نیاز برای تبدیل واکنش دهنده ها به محصولات. آنزیم ها همچنین اجازه می دهند سرعت واکنش متابولیک تنظیم شود ، به عنوان مثال در پاسخ به تغییرات محیط سلول یا سیگنال های سلول های دیگر.

تنفس سلولی

تنفس سلولی مجموعه ای از واکنشها و فرایندهای متابولیکی است که در سلولهای موجودات برای تبدیل انرژی شیمیایی از مواد مغذی به آدنوزین تری فسفات (ATP) و سپس آزادسازی مواد زائد صورت می گیرد. واکنشهای دخیل در تنفس واکنشهای کاتابولیکی هستند که مولکولهای بزرگ را به مولکولهای کوچکتر می شکنند و انرژی آزاد می کنند زیرا پیوندهای ضعیف با انرژی بالا ، به ویژه در اکسیژن مولکولی ، [۵۶] با پیوندهای قوی تر در محصولات جایگزین می شوند. تنفس یکی از راههای کلیدی است که یک سلول انرژی شیمیایی را برای تحریک فعالیت سلولی آزاد می کند.

واکنش کلی در یک سری مراحل بیوشیمیایی اتفاق می افتد که برخی از آنها واکنش های اکسیداسیون و کاهش است. اگرچه تنفس سلولی از نظر فنی یک واکنش احتراق است ، اما به دلیل آزاد شدن آهسته و کنترل شده انرژی از مجموعه واکنشها ، به وضوح شبیه آن نیست که در سلول رخ می دهد.

شکر به شکل گلوکز اصلی ترین ماده مغذی است که توسط سلولهای حیوانی و گیاهی در تنفس مورد استفاده قرار می گیرد. تنفس سلولی شامل اکسیژن ، تنفس هوازی نامیده می شود که دارای چهار مرحله است: گلیکولیز ، چرخه اسید سیتریک (یا چرخه کربس) ، زنجیره انتقال الکترون و فسفوریلاسیون اکسیداتیو. [۵۷] گلیکولیز یک فرآیند متابولیک است که در سیتوپلاسم اتفاق می افتد و طی آن گلوکز به دو پیروات تبدیل می شود و همزمان دو مولکول خالص ATP تولید می شود.

سپس هر پیروات توسط کمپلکس پیروات دهیدروژناز به استیل-CoA اکسید می شود ، که همچنین NADH و دی اکسید کربن تولید می کند. استیل کوآ وارد چرخه اسید سیتریک می شود که در داخل ماتریس میتوکندری قرار می گیرد. در پایان چرخه ، عملکرد کل ۱ گلوکز (یا ۲ پیروات) ۶ NADH ، ۲ FADH2 و ۲ مولکول ATP است. سرانجام ، مرحله بعدی فسفوریلاسیون اکسیداتیو است که در یوکاریوتها در کریستاهای میتوکندریایی رخ می دهد. فسفوریلاسیون اکسیداتیو شامل زنجیره انتقال الکترون است که مجموعه ای از چهار مجتمع پروتئینی است که الکترونها را از یک مجتمع به مجموعه دیگر منتقل می کند و در نتیجه انرژی را از NADH و FADH2 که به پمپاژ پروتونها (یونهای هیدروژن) در سراسر غشای میتوکندری داخلی متصل می شود آزاد می کند. chemiosmosis) ، که نیروی محرک پروتون را ایجاد می کند.

انرژی ناشی از نیروی محرک پروتون ، آنزیم ATP سنتاز را به سمت سنتز ATP های بیشتر با فسفوریلاسیون ADP ها سوق می دهد. انتقال الکترون ها با اکسیژن مولکولی به عنوان پذیرنده نهایی الکترون خاتمه می یابد.
اگر اکسیژن وجود نداشت ، پیروات با تنفس سلولی متابولیزه نمی شد ، اما تحت فرآیند تخمیر قرار می گرفت. پیروات به میتوکندری منتقل نمی شود بلکه در سیتوپلاسم باقی می ماند و در آنجا به مواد زائد تبدیل می شود که ممکن است از سلول خارج شوند. این به منظور اکسید کردن حامل های الکترون عمل می کند تا بتوانند دوباره گلیکولیز را انجام دهند و پیروات اضافی را حذف کنند. تخمیر NADH را به NAD+ اکسید می کند ، بنابراین می توان دوباره در گلیکولیز استفاده کرد. در صورت عدم وجود اکسیژن ، تخمیر از تجمع NADH در سیتوپلاسم جلوگیری می کند و NAD+ را برای گلیکولیز فراهم می کند. این ماده زائد بسته به ارگانیسم متفاوت است. در ماهیچه های اسکلتی ، محصول زائد اسید لاکتیک است. به این نوع تخمیر ، تخمیر اسید لاکتیک می گویند.

در تمرینات شدید ، هنگامی که نیازهای انرژی از منبع انرژی بیشتر است ، زنجیره تنفسی نمی تواند تمام اتمهای هیدروژن را که توسط NADH به هم متصل شده اند ، پردازش کند. در طول گلیکولیز بی هوازی ، NAD+ هنگامی که جفت هیدروژن با پیروات ترکیب شده و لاکتات تشکیل می شود ، احیا می شود. تشکیل لاکتات توسط لاکتات دهیدروژناز در یک واکنش برگشت پذیر کاتالیز می شود. لاکتات همچنین می تواند به عنوان یک پیش ساز غیر مستقیم برای گلیکوژن کبد استفاده شود. در طول بازیابی ، هنگامی که اکسیژن در دسترس قرار می گیرد ، NAD+ از لاکتات به هیدروژن متصل می شود و ATP را تشکیل می دهد.

در مخمر ، مواد زائد اتانول و دی اکسید کربن هستند. این نوع تخمیر به عنوان تخمیر الکلی یا اتانولی شناخته می شود. ATP تولید شده در این فرایند توسط فسفوریلاسیون سطح بستر ساخته می شود که نیازی به اکسیژن ندارد.

فتوسنتز

فتوسنتز فرآیندی است که توسط گیاهان و دیگر موجودات برای تبدیل انرژی نور به انرژی شیمیایی استفاده می شود که بعداً می تواند برای تأمین فعالیتهای متابولیک بدن از طریق تنفس سلولی آزاد شود. این انرژی شیمیایی در مولکولهای کربوهیدرات مانند قندها که از دی اکسید کربن و آب سنتز می شوند ذخیره می شود.

در بیشتر موارد ، اکسیژن نیز به عنوان یک محصول زائد آزاد می شود. اکثر گیاهان ، جلبک ها و سیانوباکتری ها فتوسنتز را انجام می دهند که وظیفه تولید و نگهداری اکسیژن موجود در جو زمین را بر عهده دارد و بیشتر انرژی مورد نیاز برای حیات روی زمین را تأمین می کند.

فتوسنتز دارای چهار مرحله است: جذب نور ، انتقال الکترون ، سنتز ATP و تثبیت کربن.جذب نور اولین مرحله از فتوسنتز است که در آن انرژی نور توسط رنگدانه های کلروفیل متصل به پروتئین ها در غشاهای تیلاکوئید جذب می شود. انرژی نور جذب شده برای حذف الکترونها از یک دهنده (آب) به یک گیرنده الکترون اولیه استفاده می شود ، کینونی که به عنوان Q تعیین شده است.

در مرحله دوم ، الکترونها از گیرنده الکترونی اولیه کینون از طریق یک سری حامل های الکترون حرکت می کنند تا به یک پذیرنده الکترون نهایی ، که معمولاً شکل اکسیده NADP+است ، که به NADPH تقلیل می یابد ، فرایندی که در یک مجموعه پروتئینی به نام فتوسیستم I (PSI) صورت می گیرد. انتقال الکترونها با حرکت پروتونها (یا هیدروژن) از استروما به غشای تیلاکوئید همراه است ، که با متمرکز شدن بیشتر هیدروژن در لومن نسبت به استروما ، یک شیب pH در سراسر غشا ایجاد می کند. این مشابه نیروی محرک پروتون است که در غشای میتوکندری داخلی در تنفس هوازی ایجاد می شود.

در طول مرحله سوم فتوسنتز ، حرکت پروتون ها به سمت پایین شیب غلظت آنها از لومن تیراکوئید به استروما از طریق سنتاز ATP با سنتز ATP توسط همان سنتز ATP همراه می شود. NADPH و ATP های تولید شده توسط واکنشهای وابسته به نور در مراحل دوم و سوم ، به ترتیب ، انرژی و الکترونها را برای تحریک سنتز گلوکز با اتصال دی اکسید کربن اتمسفر به ترکیبات کربنی آلی موجود ، مانند ریبولوز بیس فسفات (RuBP) در دنباله ای از واکنشهای مستقل از نور (یا تاریک) به نام چرخه کالوین.

سیگنالینگ سلولی

ارتباط سلولی (یا سیگنال دهی) توانایی سلول ها در دریافت ، پردازش و انتقال سیگنال ها با محیط و خود است. سیگنال ها می توانند غیر شیمیایی مانند نور ، تکانه های الکتریکی و گرما یا سیگنال های شیمیایی (یا لیگاندها) باشند که با گیرنده ها تعامل دارند ، که می توانند در غشای سلولی سلول دیگر جاسازی شده یا در اعماق سلول قرار گرفته باشند.

به طور کلی چهار نوع سیگنال شیمیایی وجود دارد: اتوکرین ، پاراکرین ، یوکتاکرین و هورمون ها در سیگنالینگ اتوکرین ، لیگاند بر همان سلولی که آن را آزاد می کند ، تأثیر می گذارد. به عنوان مثال ، سلول های توموری می توانند به صورت غیرقابل کنترل تکثیر شوند زیرا سیگنال هایی را منتشر می کنند که باعث تقسیم خودشان می شود. در سیگنالینگ پاراکرین ، لیگاند به سلولهای مجاور منتشر شده و آنها را تحت تأثیر قرار می دهد. به عنوان مثال ، سلولهای مغزی به نام نورونها لیگاندهایی به نام انتقال دهنده های عصبی آزاد می کنند.

که در یک شکاف سیناپسی پراکنده می شوند و با گیرنده ای در سلول مجاور مانند سلول عصبی یا ماهیچه ای دیگر متصل می شوند. در سیگنالینگ کنار هم ، بین سلول های سیگنالینگ و پاسخ دهنده تماس مستقیم وجود دارد. سرانجام ، هورمون ها لیگاند هایی هستند که از طریق سیستم گردش خون حیوانات یا سیستم های عروقی گیاهان برای رسیدن به سلول های هدف خود حرکت می کنند. هنگامی که یک لیگاند با گیرنده متصل می شود ، بسته به نوع گیرنده ، می تواند رفتار سلول دیگر را تحت تأثیر قرار دهد.

به عنوان مثال ، انتقال دهنده های عصبی که با گیرنده اینوتروپیک متصل می شوند می توانند تحریک پذیری سلول هدف را تغییر دهند. انواع دیگر گیرنده ها شامل گیرنده های پروتئین کیناز (به عنوان مثال گیرنده هورمون انسولین) و گیرنده های همراه پروتئین G می باشد. فعال شدن گیرنده های جفت شده با پروتئین G می تواند آبشار پیام رسان دوم را آغاز کند. فرایندی که طی آن یک سیگنال شیمیایی یا فیزیکی به عنوان یک سری رویدادهای مولکولی از طریق یک سلول منتقل می شود ، انتقال سیگنال نامیده می شود

چرخه سلولی

چرخه سلولی مجموعه ای از وقایع است که در یک سلول اتفاق می افتد و باعث تقسیم آن به دو سلول دختر می شود. این رویدادها شامل دو برابر شدن DNA و برخی از اندامکهای آن و سپس تقسیم سیتوپلاسم آن به دو سلول دختر در فرآیندی به نام تقسیم سلولی است. در یوکاریوتها (یعنی سلولهای حیوانی ، گیاهی ، قارچی و اولیه) ، دو نوع تقسیم سلولی متمایز وجود دارد: میتوز و میوز  میتوز بخشی از چرخه سلولی است که در آن کروموزوم های تکراری به دو هسته جدید جدا می شوند. تقسیم سلولی باعث ایجاد سلولهای یکسان ژنتیکی می شود که تعداد کل کروموزومها در آنها حفظ می شود. به طور کلی ، میتوز (تقسیم هسته) قبل از مرحله S اینترفاز (که طی آن DNA تکثیر می شود) و اغلب با تلوفاز و سیتوکینزیس دنبال می شود. که سیتوپلاسم ، اندامکها و غشای سلولی یک سلول را به دو سلول جدید تقسیم می کند.

که دارای سهم تقریباً مساوی از این اجزای سلولی هستند. مراحل مختلف میتوز همه با هم مرحله میتوزیک چرخه سلولی حیوانی را تعریف می کنند – تقسیم سلول مادر به دو سلول دختر از نظر ژنتیکی یکسان. چرخه سلولی یک فرایند حیاتی است که طی آن یک تخمک بارور تک سلولی به یک ارگانیسم بالغ تبدیل می شود و همچنین فرایندی است که طی آن مو ، پوست ، سلول های خونی و برخی از اندام های داخلی تجدید می شوند. پس از تقسیم سلولی ، هر یک از سلولهای دختر مرحله بین یک چرخه جدید را آغاز می کنند.

بر خلاف میتوز ، میوز در چهار سلول دختر هاپلوئید با انجام یک دور از تکثیر DNA و دو تقسیم انجام می شود. کروموزوم های همولوگ در تقسیم اول (میوز I) و کروماتیدهای خواهر در تقسیم دوم (میوز II) جدا می شوند. هر دوی این چرخه های تقسیم سلولی در فرآیند تولید مثل جنسی در برهه ای از چرخه زندگی مورد استفاده قرار می گیرند. اعتقاد بر این است که هر دو در آخرین جد مشترک یوکاریوتی وجود دارند.

پروکاریوت ها (به عنوان مثال ، باستان و باکتری ها) نیز می توانند تحت تقسیم سلولی (یا شکافت دوتایی) قرار گیرند. برخلاف فرآیندهای میتوز و میوز در یوکاریوت ها ، شکافت دوتایی در پروکاریوت ها بدون تشکیل دستگاه دوکی روی سلول صورت می گیرد. قبل از شکافت دوتایی ، DNA موجود در باکتری محکم پیچیده شده است. پس از جدا شدن و کپی شدن ، با افزایش اندازه برای آماده شدن برای تقسیم ، به قطب های جداگانه باکتری کشیده می شود. رشد دیواره سلولی جدید شروع به جداسازی باکتری می کند (که توسط پلیمریزاسیون FtsZ و تشکیل “حلقه Z” ایجاد می شود)  دیواره سلولی جدید (سپتوم) به طور کامل ایجاد می شود و در نتیجه تجزیه کامل باکتری ایجاد می شود. سلولهای دختر جدید میله های DNA ، ریبوزومها و پلاسمیدها را محکم پیچیده اند.

ژنتیک
وراثت
اطلاعات بیشتر: ژنتیک کلاسیک

مربع پونت متقاطع دو گیاه نخود فرنگی را برای شکوفه های بنفش (B) و سفید (b) نشان می دهد.
ژنتیک مطالعه علمی وراثت است. به طور خاص ، وراثت مندلی فرایندی است که طی آن ژن ها و ویژگی ها از والدین به فرزندان منتقل می شود. ین توسط گرگور مندل بر اساس کار او با گیاهان نخود در اواسط قرن نوزدهم فرموله شد. مندل چندین اصل وراثت را ایجاد کرد. اولین مورد این است که ویژگی های ژنتیکی ، که امروزه آلل نامیده می شوند ، گسسته و دارای اشکال متناوب هستند (به عنوان مثال ، بنفش در مقابل سفید یا بلند در مقابل کوتوله) ، که هر یک از یکی از دو والدین به ارث رسیده است.

بر اساس قانون تسلط و یکنواختی او ، که بیان می کند برخی از آلل ها غالب هستند و برخی دیگر مغلوب هستند. یک موجود زنده با حداقل یک آلل غالب فنوتیپ آن آلل غالب را نشان می دهد. استثنائات این قاعده شامل نفوذ و بیان است. مندل خاطرنشان کرد که در هنگام تشکیل گامت ، آلل های هر ژن از یکدیگر جدا می شوند به طوری که هر گامت برای هر ژن تنها یک آلل را حمل می کند ، که توسط قانون تفکیک وی بیان شده است. افراد هتروزیگوت گامت هایی با فرکانس برابر دو آلل تولید می کنند. در نهایت ، مندل قانون مجموعه مستقل را تدوین کرد ، که بیان می کند که ژن های صفات مختلف می توانند در طول تشکیل گامت ها به طور مستقل از هم جدا شوند ، یعنی ژن ها پیوند ندارند. یک استثنا از این قاعده شامل ویژگی هایی است که رابطه جنسی دارند. آزمونهای متقاطع برای تعیین تجربی ژنوتیپ اساسی موجودی با فنوتیپ غالب انجام می شود. [۷۵] از مربع پونت می توان برای پیش بینی نتایج یک آزمون متقاطع استفاده کرد. نظریه کروموزوم وراثت ، که بیان می کند ژن ها در کروموزوم ها یافت می شوند ، توسط آزمایشات توماس مورگانز با مگس های میوه ، که رابطه جنسی بین رنگ چشم و جنس در این حشرات را برقرار کرد ، پشتیبانی می شود. در انسان و سایر پستانداران (به عنوان مثال ، سگ ها) ، انجام آزمایشات آزمایشی متقابل نیست. در عوض ، شجره نامه ها ، که نشان دهنده ژنتیک درختان خانوادگی هستند ، در عوض برای ردیابی وراثت یک ویژگی یا بیماری خاص در چندین نسل استفاده می شوند.

دی ان ای

دی اکسیریبونوکلئیک اسید (DNA) یک مولکول متشکل از دو زنجیره پلی نوکلئوتیدی است که در اطراف یکدیگر قرار گرفته و مارپیچ دوگانه ای را حمل می کند که اطلاعات ارثی ژنتیکی را حمل می کند. دو رشته DNA به عنوان پلی نوکلئوتیدها شناخته می شوند زیرا از مونومرهایی به نام نوکلئوتیدها تشکیل شده اند. هر نوکلئوتید از یکی از چهار پایه نیتروژن دار (سیتوزین [C] ، گوانین [G] ، آدنین [A] یا تیمین [T]) ، یک قند به نام دئوکسی ریبوز و یک گروه فسفات تشکیل شده است. نوکلئوتیدها با پیوندهای کووالانسی بین قند یک نوکلئوتید و فسفات بعدی به صورت زنجیره ای به یکدیگر متصل می شوند.

و در نتیجه ستون فقرات متناوب قند-فسفات ایجاد می شود. توالی این چهار پایه در امتداد ستون فقرات است که اطلاعات ژنتیکی را رمزگذاری می کند. بر اساس قوانین جفت شدن پایه (A با T و C با G) ، پایه های دو رشته پلی نوکلئوتیدی توسط پیوندهای هیدروژنی به یکدیگر متصل می شوند تا DNA دو رشته ای بسازند.

بازها به دو گروه پیریمیدین ها و پورین ها تقسیم می شوند. در DNA ، پیریمیدین ها تیمین و سیتوزین هستند در حالی که پورین ها آدنین و گوانین هستند. دو رشته DNA در جهت مخالف یکدیگر حرکت می کنند و بنابراین ضد موازی هستند. هنگامی که دو رشته از هم جدا شوند ، DNA تکثیر می شود.

ژن یک واحد وراثت است که مربوط به ناحیه ای از DNA است که به شکل خاصی بر شکل یا عملکرد یک موجود زنده تأثیر می گذارد. DNA به عنوان کروموزوم خطی در یوکاریوتها و کروموزومهای دایره ای در پروکاریوتها یافت می شود. کروموزوم یک ساختار سازمان یافته متشکل از DNA و هیستون است.

مجموعه کروموزومهای یک سلول و هرگونه اطلاعات موروثی دیگر که در میتوکندری ، کلروپلاستها یا مکانهای دیگر یافت می شود ، در مجموع به عنوان ژنوم سلول شناخته می شود. در یوکاریوت ها ، DNA ژنومی در هسته سلول ، یا با مقادیر کم در میتوکندری و کلروپلاست ها موضعی است. در پروکاریوت ها ، DNA درون یک بدن نامنظم در سیتوپلاسم به نام نوکلئوئید نگهداری می شود.

اطلاعات ژنتیکی در یک ژنوم درون ژن ها نگهداری می شود و مجموعه کامل این اطلاعات در یک ارگانیسم را ژنوتیپ آن می نامند.ژن ها اطلاعات مورد نیاز سلول ها برای سنتز پروتئین ها را رمزگذاری می کنند ، که به نوبه خود نقش اساسی در تأثیر فنوتیپ نهایی ارگانیسم دارند.

بیان ژن

بیان ژنی فرایندی است که طی آن اطلاعات یک ژن در سنتز یک محصول ژنی عملکردی مورد استفاده قرار می گیرد و این امر باعث می شود بتواند محصولات نهایی ، پروتئین یا RNA غیرکدکننده را تولید کند و در نهایت بر فنوتیپ تأثیر بگذارد. این فرایند در اصول اصلی زیست شناسی مولکولی که اولین بار توسط فرانسیس کریک در سال ۱۹۵۸ فرموله شده است ، خلاصه شده است.

بیان ژن اساسی ترین سطحی است که در آن یک ژنوتیپ باعث ایجاد یک فنوتیپ می شود ، یعنی یک ویژگی قابل مشاهده. اطلاعات ژنتیکی ذخیره شده در DNA نشان دهنده ژنوتیپ است ، در حالی که فنوتیپ از سنتز پروتئین هایی که ساختار و رشد یک ارگانیسم را کنترل می کنند یا به عنوان آنزیم هایی که کاتالیز کننده مسیرهای متابولیکی خاص هستند ، حاصل می شود. بخش بزرگی از DNA (به عنوان مثال ،> 98 in در انسان) بدون کد است ، به این معنی که این بخش ها به عنوان الگوهای توالی پروتئین عمل نمی کنند. رشته های RNA پیام رسان (mRNA) با استفاده از رشته های DNA به عنوان الگو در فرآیندی به نام رونویسی ایجاد می شوند ، جایی که بازهای DNA با پایه های مربوطه خود مبادله می شوند.

مگر در مورد تیمین (T) ، که RNA جایگزین اوراسیل (U) می شود. تحت کد ژنتیکی ، این رشته های mRNA توالی اسیدهای آمینه درون پروتئین ها را در فرایندی به نام ترجمه که در ریبوزوم ها اتفاق می افتد ، مشخص می کند. این فرایند توسط همه حیات – یوکاریوتها (از جمله موجودات چند سلولی) ، پروکاریوتها (باکتریها و باستانها) مورد استفاده قرار می گیرد و توسط ویروسها استفاده می شود – برای تولید ماشینهای ماکرومولکولی برای زندگی. محصولات ژنی اغلب پروتئین هستند ، اما در ژنهای کد کننده پروتئین مانند RNA انتقال (tRNA) و RNA کوچک هسته ای (snRNA) ، این محصول یک RNA غیرکد کننده کاربردی است. تمام مراحل فرآیند بیان ژن را می توان تنظیم کرد ، از جمله رونویسی ، پیوند RNA ، ترجمه و اصلاح پروتئین پس از ترجمه. تنظیم بیان ژن کنترل زمان ، مکان و مقدار محصول ژنی معین (پروتئین یا ncRNA) موجود در سلول را می دهد و می تواند تأثیر عمیقی بر ساختار و عملکرد سلولی داشته باشد.

ژنوم ها

ژنوم مجموعه کامل DNA موجودات زنده ، شامل همه ژن های آن است. توالی یابی و تجزیه و تحلیل ژنوم ها را می توان با استفاده از توالی یابی DNA با توان بالا و بیوانفورماتیک برای جمع آوری و تجزیه و تحلیل عملکرد و ساختار کل ژنوم ها انجام داد. [۹۱] [۹۲] [۹۳] بسیاری از ژن ها بیش از یک پروتئین را رمزگذاری می کنند ، با تغییرات پس از ترجمه تنوع پروتئین ها در سلول افزایش می یابد. پروتئوم سلول مجموعه ای از پروتئین های آن است که توسط ژنوم آن بیان می شود. [۹۴] ژنوم های پروکاریوت ها کوچک ، فشرده و متنوع هستند.

در مقابل ، ژنوم های یوکاریوت ها بزرگتر و پیچیده تر هستند مانند دنباله های تنظیمی بیشتر و بیشتر ژنوم آن از توالی های DNA بدون کد برای RNA عملکردی (rRNA ، tRNA و mRNA) یا توالی تنظیم کننده تشکیل شده است. ژنوم موجودات زنده مختلف مانند آرابیدوپسیس ، مگس میوه ، موش ، نماتد و مخمر تعیین توالی شده است.

توالی یابی کل ژنوم انسان کاربردهای عملی مانند اثر انگشت DNA را به همراه داشته است که می تواند برای آزمایش پدری و پزشکی قانونی مورد استفاده قرار گیرد. در پزشکی ، تعیین توالی کل ژنوم انسان امکان شناسایی جهش هایی که باعث ایجاد تومور می شوند و همچنین ژن هایی که باعث ایجاد یک اختلال ژنتیکی خاص می شوند را فراهم کرده است.

بیوتکنولوژی

بیوتکنولوژی استفاده از سلول ها یا موجودات زنده برای تولید محصولات برای انسان است.این شامل ابزارهایی مانند DNA نوترکیب است ، که مولکولهای DNA هستند که با روشهای آزمایشگاهی نوترکیبی ژنتیکی مانند شبیه سازی مولکولی تشکیل شده اند ، که مواد ژنتیکی را از منابع متعدد گرد هم آورده و توالی هایی را ایجاد می کند که در غیر این صورت در یک ژنوم یافت نمی شوند. سایر ابزارها شامل استفاده از کتابخانه های ژنومی ، ریزآرایه های DNA ، بردارهای بیان ، ژنومیک مصنوعی و ویرایش ژن CRISPR است.بسیاری از این ابزارها کاربردهای وسیعی مانند ایجاد پروتئین مفید از نظر پزشکی یا بهبود کشت و دامداری دارند. به عنوان مثال انسولین انسانی اولین دارویی بود که با استفاده از فناوری DNA نوترکیب ساخته شد. رویکردهای دیگر مانند داروسازی می توانند با استفاده از ارگانیسم های اصلاح شده ژنتیکی مقادیر زیادی محصولات مفید پزشکی تولید کنند.

ژن ها ، توسعه و تکامل

توسعه فرآیندی است که طی آن یک ارگانیسم چند سلولی (گیاه یا حیوان) یک سری تغییرات را تجربه می کند ، از یک سلول شروع می شود و اشکال مختلفی را که مشخصه چرخه زندگی آن است به خود می گیرد. [۹۷] چهار فرآیند کلیدی زیر بنای توسعه وجود دارد: تعیین ، تمایز ، مورفوژنز و رشد. تعیین سرنوشت رشد یک سلول را تعیین می کند ، که در طول توسعه محدودتر می شود. تمایز فرایندی است که طی آن سلولهای تخصصی از سلولهای کمتر تخصصی مانند سلولهای بنیادی.

سلول های بنیادی ، سلول های تمایز نیافته یا تا حدی متمایز هستند که می توانند به انواع مختلف سلول ها متمایز شده و به طور نامحدود تکثیر شده و تعداد بیشتری از سلول های بنیادی مشابه را تولید کنند.تمایز سلولی به طور چشمگیری اندازه ، شکل ، پتانسیل غشاء ، فعالیت متابولیک و پاسخ به سیگنال ها را تغییر می دهد ، که تا حد زیادی به دلیل تغییرات بسیار کنترل شده در بیان ژن و اپی ژنتیک است. به استثنای چند مورد ، تمایز سلولی تقریباً هرگز شامل تغییر خود توالی DNA نمی شود.  بنابراین ، سلولهای مختلف با وجود داشتن ژنوم یکسان می توانند ویژگیهای فیزیکی بسیار متفاوتی داشته باشند.

مورفوژنز یا توسعه فرم بدن ، نتیجه تفاوت فضایی در بیان ژن است. به طور خاص ، سازماندهی بافتهای متمایز به ساختارهای خاص مانند بازوها یا بالها ، که به عنوان شکل الگو شناخته می شود ، توسط مورفوژنها اداره می شود ، مولکولهای سیگنال دهنده ای که از یک گروه از سلولها به سلولهای اطراف منتقل می شوند ، یک گرادیان مورفوژن ایجاد می کند ، همانطور که توسط فرانسوی توضیح داده شده است. مدل پرچم آپوپتوز یا مرگ برنامه ریزی شده سلولی نیز در طول مورفوژنز رخ می دهد ، مانند مرگ سلول ها بین ارقام در رشد جنین انسان ، که باعث آزاد شدن انگشتان دست و پا می شود.

بیان ژنهای فاکتور رونویسی می تواند محل قرارگیری اندام در یک گیاه را تعیین کند و مجموعه ای از عوامل رونویسی خود می تواند تقسیم بندی بدن را در مگس میوه ایجاد کند.
بخش کوچکی از ژنهای موجود در ژنوم یک موجود زنده که ابزار توسعه ژنتیکی نامیده می شود ، توسعه آن موجود را کنترل می کند. این ژن های جعبه ابزار در بین phyla بسیار محافظت می شوند ، بدین معنی که آنها باستانی هستند و در گروه های گسترده ای از حیوانات بسیار شبیه به هم هستند. تفاوت در استقرار ژن های جعبه ابزار بر طرح بدن و تعداد ، هویت و الگوی اعضای بدن تأثیر می گذارد.

از جمله مهمترین ژنهای جعبه ابزار ، ژنهای Hox هستند. ژنهای Hox تعیین می کنند که قسمتهای تکراری ، مانند مهره های متعدد مارها در جنین یا لارو در حال رشد رشد می کنند.تغییرات در جعبه ابزار ممکن است بخش بزرگی از تکامل مورفولوژیکی حیوانات را ایجاد کرده باشد. جعبه ابزار می تواند تکامل را به دو طریق به پیش ببرد. یک ژن ابزارک را می توان با الگوی متفاوتی بیان کرد ، مانند زمانی که منقار فنچ بزرگ داروین توسط ژن BMP بزرگ شد ، یا هنگامی که مارها پاهای خود را از دست دادند ، زیرا ژنهای کم دیستال (Dlx) کمتر بیان می شدند.

یا در مکانهایی که خزندگان دیگر به شکل اندام خود ادامه می دهند ، اصلاً بیان نمی شود. [۱۰۴] یا ، یک ژن جعبه ابزار می تواند عملکرد جدیدی را بدست آورد ، همانطور که در بسیاری از عملکردهای همان ژن مشاهده می شود ، بدون دیستال ، که ساختارهای متنوعی مانند فک پایین در مهره داران ، [۱۰۵] [۱۰۶] پاها و آنتن ها را در مگس میوه کنترل می کند. ، و الگوی نقطه چشم در بال پروانه. با توجه به اینکه تغییرات کوچک در ژن های جعبه ابزار می تواند تغییرات قابل توجهی در ساختار بدن ایجاد کند ، اغلب تکامل همگرا یا موازی را فعال کرده است.

سیر تکاملی
فرآیندهای تکاملی

یک مفهوم اصلی سازماندهی در زیست شناسی این است که زندگی از طریق تکامل تغییر می کند و توسعه می یابد ، که تغییر ویژگی های وراثتی جمعیت ها در طول نسل های متوالی است.تکامل در حال حاضر برای توضیح تغییرات بزرگ زندگی بر روی زمین مورد استفاده قرار می گیرد. واژه تکامل توسط ژان باتیست دو لامارک در سال ۱۸۰۹ وارد فرهنگ لغت علمی شد و پنجاه سال بعد چارلز داروین و آلفرد راسل والاس نظریه تکامل را با انتخاب طبیعی تدوین کردند. 

بر اساس این نظریه ، افراد از نظر ویژگی های وراثتی با یکدیگر تفاوت دارند و در نتیجه میزان بقا و تولید مثل متفاوت است. در نتیجه ، صفاتی که با محیط خود سازگارتر هستند به احتمال زیاد به نسلهای بعدی منتقل می شوند.  داروین از کار ارثی مندل آگاه نبود و بنابراین مکانیسم دقیق وراثت که زمینه ساز انتخاب طبیعی است به خوبی درک نشده بود  تا اوایل قرن بیستم که سنتز مدرن تکامل داروینی را با ژنتیک کلاسیک تطبیق داد. چشم انداز تکامل با انتخاب طبیعی.

این دیدگاه معتقد است که تکامل زمانی رخ می دهد که در فرکانس آلل ها در جمعیتی از ارگانیسم های آمیخته تغییر ایجاد شود. در غیاب هرگونه فرآیند تکاملی که بر روی یک جمعیت بزرگ جفت گیری تصادفی تأثیر می گذارد ، فرکانس آلل ها در نسل ها ثابت خواهد ماند ، همانطور که در اصل هاردی -واینبرگ توضیح داده شده است.

یکی دیگر از فرایندهایی که باعث تکامل می شود ، رانش ژنتیکی است که نوسانات تصادفی فراوانی آلل ها در جمعیت از نسلی به نسل دیگر است. هنگامی که نیروهای انتخابی وجود ندارند یا نسبتاً ضعیف هستند ، فرکانس آلل ها به همان اندازه در هر نسل متوالی به سمت بالا یا پایین حرکت می کنند زیرا آلل ها در معرض خطای نمونه گیری قرار می گیرند.

این رانش زمانی متوقف می شود که یک آلل در نهایت ثابت شود ، یا با ناپدید شدن از جمعیت یا جایگزینی کامل آلل های دیگر. بنابراین رانش ژنتیکی ممکن است برخی از آلل ها را از یک جمعیت به دلیل شانس به تنهایی حذف کند.

تخصص

Speciation فرایند تقسیم یک نسب به دو نسب است که مستقل از یکدیگر تکامل می یابند. برای وقوع گونه زایی ، باید انزوا در تولید مثل وجود داشته باشد. جداسازی باروری می تواند ناشی از ناسازگاری بین ژن ها باشد که توسط مدل بیتسون -دوبژانسکی -مولر توصیف شده است. انزوای تولید مثل نیز با واگرایی ژنتیکی افزایش می یابد. هنگامی که موانع فیزیکی وجود دارد که یک گونه اجدادی را تقسیم می کند ، تخلیه می تواند اتفاق بیفتد ، فرآیندی که به عنوان گونه زایی آلوپاتریک شناخته می شود. در مقابل ، گونه زایی سمپاتیک در غیاب موانع فیزیکی رخ می دهد.

جداسازی پیش از زیگوت مانند جداسازی مکانیکی ، زمانی ، رفتاری ، زیستگاهی و گامتیکی می تواند از هیبریداسیون گونه های مختلف جلوگیری کند. به طور مشابه ، جداسازی های پس از زیگوت می تواند منجر به انتخاب هیبریداسیون به دلیل ماندگاری کمتر هیبریدها یا ناباروری ترکیبی (به عنوان مثال ، قاطر) شود. در صورت وجود جداسازی ناقص تولید مثل بین دو گونه نزدیک به هم ، مناطق ترکیبی می توانند پدیدار شوند.

فیلوژنی ها

فیلوژنی تاریخ تکاملی گروه خاصی از موجودات یا ژن های آنها است. فیلوژنی را می توان با استفاده از درخت فیلوژنتیک ، که نمودار خطوط نزول بین موجودات زنده یا ژن های آنها است ، نشان داد. هر خطی که بر محور زمان درخت کشیده می شود نشان دهنده نسب نسبی از گونه یا جمعیت خاصی است. هنگامی که نسب به دو قسمت تقسیم می شود ، به صورت یک گره (یا تقسیم) روی درخت فیلوژنتیک نشان داده می شود. هرچه تعداد شکاف ها در طول زمان بیشتر شود ، شاخه های بیشتری روی درخت وجود خواهد داشت و نیای مشترک همه موجودات موجود در آن درخت با ریشه آن درخت نشان داده می شود.

درختان فیلوژنتیک ممکن است تاریخ تکاملی همه اشکال زندگی ، یک گروه اصلی تکاملی (به عنوان مثال حشرات) یا حتی گروه کوچکتری از گونه های نزدیک به هم را به تصویر بکشند. در داخل درخت ، هر گروه از گونه هایی که با یک نام تعیین می شوند ، یک تاکسون (به عنوان مثال ، انسان ، نخستی ، پستانداران یا مهره داران) است و تاکسونی که از همه فرزندان تکاملی آن تشکیل شده است ، یک چوب است ، که در غیر این صورت به عنوان تاکسون مونوفیلتیک شناخته می شود.

گونه های نزدیک به هم به عنوان گونه های خواهر و کلادهای نزدیک به هم به عنوان خواهر خوانده می شوند. بر خلاف گروه مونوفیلیتیک ، گروه پلی پلیتیک نیاکان مشترک خود را شامل نمی شود در حالی که گروه پارافیلتیک همه فرزندان یک جد مشترک را شامل نمی شود.

درختان فیلوژنتیک اساس مقایسه و گروه بندی گونه های مختلف هستند. گونه های مختلف که دارای ویژگی به ارث رسیده از جد مشترک هستند ، دارای ویژگی های همولوگ (یا سیناپومورفی) هستند. ویژگیهای همولوگ ممکن است هر گونه ویژگی وراثتی مانند توالی DNA ، ساختار پروتئینی ، ویژگیهای آناتومیکی و الگوهای رفتاری باشد. ستون مهره ای نمونه ای از ویژگی همولوگ است که توسط همه حیوانات مهره دار به اشتراک گذاشته شده است. ویژگیهایی که شکل یا عملکرد مشابهی دارند اما از جد مشترک مشتق نشده اند به عنوان ویژگیهای مشابه توصیف می شوند. فیلوژنی ها را می توان برای گروهی از ارگانیسم های دارای علایق اولیه که به آنها ingroup گفته می شود ، بازسازی کرد. گونه یا گروهی که ارتباط نزدیکی با درون گروه دارد اما از نظر فیلوژنتیک خارج از آن قرار دارد ، گروه خارج نامیده می شود که به یک نقطه مرجع در درخت خدمت می کند. ریشه درخت بین گروه داخلی و خارج گروه قرار دارد.

هنگامی که درختان فیلوژنتیک بازسازی می شوند ، می توان درختان متعددی با سابقه تکاملی متفاوت ایجاد کرد. بر اساس اصل Parsimony (یا تیغ Occam) ، درخت مورد پسند درختی است که دارای کمترین تغییرات تکاملی است که باید در همه صفات در همه گروه ها فرض شود. از الگوریتم های محاسباتی می توان برای تعیین چگونگی تکامل درخت با توجه به شواهد استفاده کرد.

فیلوژنی اساس طبقه بندی بیولوژیکی را ارائه می دهد که بر اساس طبقه بندی لینایی است که توسط کارل لیناین در قرن ۱۸ توسعه داده شد. این سیستم طبقه بندی مبتنی بر رتبه است ، با بالاترین رتبه قلمرو ، قلمرو ، طبقه ، نظم ، خانواده ، جنس و گونه ها است.  همه موجودات را می توان به یکی از سه حوزه طبقه بندی کرد: Archaea (در اصل Archaebacteria)؛ باکتری ها (در اصل eubacteria) یا eukarya (شامل پادشاهی های اولیه ، قارچ ها ، گیاهان و حیوانات).برای طبقه بندی گونه های مختلف از نامگذاری دو جمله ای استفاده می شود.

بر اساس این سیستم ، به هر گونه دو نام ، یکی برای جنس و دیگری برای گونه های آن داده می شود. [۱۲۴] به عنوان مثال ، انسانها Homo sapiens هستند ، که Homo جنس و sapiens گونه است. بر اساس قراردادها ، نامهای علمی موجودات زنده به صورت کج نوشته می شوند و تنها حرف اول جنس آنها با حروف بزرگ نوشته می شود.

تاریخچه زندگی

تاریخ زندگی بر روی زمین فرآیندهایی را که طی آن موجودات زنده از نخستین ظهور حیات تا به امروز تکامل یافته اند ، دنبال می کند. زمین حدود ۴٫۵ میلیارد سال پیش شکل گرفت و تمام حیات روی زمین ، اعم از زنده و منقرض شده ، از آخرین نیای مشترک جهانی که حدود ۳٫۵ میلیارد سال پیش زندگی می کرد ، ناشی شده است.

شباهت های موجود در بین همه گونه های شناخته شده امروزی نشان می دهد که آنها طی فرایند تکامل از جد مشترک خود جدا شده اند.زیست شناسان فراگیر بودن کد ژنتیکی را شواهدی از تبار مشترک جهانی برای همه باکتری ها ، باستان ها و یوکاریوت ها می دانند.

تشک های میکروبی از باکتری ها و آرکئاهای همزمان شکل غالب زندگی در دوران اولیه آرکین بودند و تصور می شود بسیاری از مراحل اصلی تکامل اولیه در این محیط صورت گرفته است.اولین شواهد یوکاریوت ها مربوط به ۱٫۸۵ میلیارد سال پیش است ، و در حالی که ممکن است زودتر وجود داشته باشند ، تنوع آنها با شروع استفاده از اکسیژن در متابولیسم آنها افزایش یافت. بعدها ، حدود ۱٫۷ میلیارد سال پیش ، موجودات چند سلولی شروع به ظهور کردند ، با سلولهای متمایز که عملکردهای تخصصی را انجام می دادند. 

قدمت گیاهان خشکی چند سلولی شبیه به جلبک ها به حدود ۱ میلیارد سال قبل باز می گردد ، اگرچه شواهد نشان می دهد که میکروارگانیسم ها ، حداقل ۲٫۷ میلیارد سال پیش ، نخستین اکوسیستم های زمینی را تشکیل داده اند.تصور می شود که میکروارگانیسم ها راه را برای ظهور گیاهان خشکی در دوره اردوویسیک هموار کرده اند. گیاهان خشکی آنقدر موفق بودند که تصور می شود در رویداد انقراض دون دیر کمک کرده اند.

بیوتای ادیاکارا در دوره ادیاکاران ظاهر می شود ، در حالی که مهره داران ، همراه با سایر فیلهای مدرن حدود ۵۲۵ میلیون سال پیش در جریان انفجار کامبرین سرچشمه گرفته اند.در دوره پرمین ، سیناپسیدها ، از جمله اجداد پستانداران ، بر زمین تسلط داشتند ، اما بیشتر این گروه در رویداد انقراض پرمین -تریاس ۲۵۲ میلیون سال پیش منقرض شدند.

در طول بهبودی از این فاجعه ، آرکوساروس ها فراوان ترین مهره داران خشکی شدند ؛  یک گروه آرشوسائور ، دایناسورها ، بر دوره های ژوراسیک و کرتاسه تسلط داشتند. پس از حادثه انقراض کرتاسه-پالئوژن ۶۶ میلیون سال پیش ، دایناسورهای غیر پرنده از بین رفتند ،  پستانداران به سرعت از نظر اندازه و تنوع افزایش یافتند. چنین انقراضات توده ای ممکن است با ایجاد فرصت هایی برای گروه های جدید موجودات ، تنوع را تسریع کند.

تنوع

باکتری ها نوعی سلول هستند که حوزه وسیعی از میکروارگانیسم های پروکاریوتی را تشکیل می دهند. به طور معمول چند میکرومتر طول ، باکتری ها دارای اشکال مختلفی هستند ، از کره ها گرفته تا میله ها و مارپیچ ها. باکتریها یکی از اولین اشکال حیاتی بودند که روی زمین ظاهر شدند و در بیشتر زیستگاههای آن وجود دارند. باکتری ها در خاک ، آب ، چشمه های آب گرم اسیدی ، زباله های رادیواکتیو ، [۱۵۱] و بیوسفر عمیق پوسته زمین زندگی می کنند. باکتری ها همچنین در روابط همزیستی و انگلی با گیاهان و حیوانات زندگی می کنند. اکثر باکتری ها مشخص نشده اند و تنها حدود ۲۷ درصد از فیلهای باکتریایی دارای گونه هایی هستند که می توانند در آزمایشگاه رشد کنند.
Archaea قلمرو دیگر سلولهای پروکاریوتی را تشکیل می دهد و در ابتدا به عنوان باکتری طبقه بندی شد و نام archaebacteria (در پادشاهی Archaebacteria) را دریافت کرد ، اصطلاحی که از استفاده خارج شده است.  سلولهای باستانی دارای ویژگیهای منحصر به فردی هستند که آنها را از دو حوزه دیگر ، باکتریها و یوکاریوتا جدا می کند. Archaea بیشتر به چندین فیل شناخته شده تقسیم می شود. آرکئاها و باکتریها عموماً از نظر اندازه و شکل مشابه هستند ، اگرچه تعداد کمی از آرکئاها دارای اشکال بسیار متفاوتی هستند ، مانند سلولهای مسطح و مربع شکل Haloquadratum walsbyi.

علیرغم این شباهت مورفولوژیکی با باکتری ها ، باستان شناسی دارای ژن ها و چندین مسیر متابولیکی است که بیشتر با ژن یوکاریوت ها ارتباط دارد ، به ویژه برای آنزیم های دخیل در رونویسی و ترجمه. جنبه های دیگر بیوشیمی باستانی منحصر به فرد است ، مانند اتکای آنها به لیپیدهای اتر در غشای سلولی ، از جمله باستان شناسی.

باستان شناسی از منابع انرژی بیشتری نسبت به یوکاریوت ها استفاده می کند: این ترکیبات از ترکیبات آلی مانند قندها گرفته تا آمونیاک ، یون های فلزی یا حتی گاز هیدروژن متغیر است. آرکه های مقاوم به نمک (Haloarchaea) از نور خورشید به عنوان منبع انرژی استفاده می کنند و سایر گونه های آرکه کربن را تثبیت می کنند ، اما برخلاف گیاهان و سیانوباکتری ها ، هیچ گونه گونه شناخته شده ای از آرکئا هر دو را انجام نمی دهد. آرکئاها بدون شکستگی دوتایی ، تکه تکه شدن یا جوانه زنی به صورت غیرجنسی تکثیر می شوند. برخلاف باکتری ها ، هیچ گونه گونه شناخته شده ای از Archaea اندوسپور تشکیل نمی دهد.

اولین باستان های مشاهده شده ، ekstremophiles بودند که در محیط های شدید مانند چشمه های آب گرم و دریاچه های نمکی بدون ارگانیسم های دیگر زندگی می کردند. ابزارهای تشخیص مولکولی بهبود یافته منجر به کشف آرکه در تقریباً همه زیستگاه ها ، از جمله خاک ، اقیانوس ها و باتلاق ها شد. آرکایا به ویژه در اقیانوس ها بسیار زیاد است و آرکای موجود در پلانکتون ممکن است یکی از فراوان ترین گروه های موجودات روی کره زمین باشد.

باستان شناسی بخش مهمی از زندگی زمین است. آنها بخشی از میکروبیوتای همه موجودات هستند. در میکروبیوم انسان ، آنها در روده ، دهان و پوست مهم هستند. [۱۵۶] تنوع مورفولوژیکی ، متابولیکی و جغرافیایی آنها به آنها اجازه می دهد تا نقشهای اکولوژیکی متعددی را ایفا کنند: تثبیت کربن. دوچرخه سواری نیتروژن ؛ گردش ترکیب آلی ؛ و برای مثال ، حفظ جوامع همزیست و سنتفیک میکروبی.

معترضان

به طور کلی ، فرض بر این است که یوکاریوت ها از باستان جدا شده اند ، و پس از آن اندوسیمبیوز باکتری ها (یا همزیستی) ، منجر به تشکیل میتوکندری و کلروپلاست ها شده است که اکنون بخشی از سلول های یوکاریوتی امروزی هستند. نسب اصلی یوکاریوتها که در پرکامبرین حدود ۱٫۵ میلیارد سال پیش متغیر بوده و می توان آنها را در هشت گروه اصلی طبقه بندی کرد: آلوئولها ، حفاریها ، استرامنوپیلها ، گیاهان ، ریزاریانها ، آمبوزوآها ، قارچها و حیوانات.پنج مورد از این چنگک ها در مجموع به عنوان Protists شناخته می شوند ، که بیشتر موجودات یوکاریوتی میکروسکوپی هستند که گیاه ، قارچ یا حیوان نیستند. 

در حالی که به احتمال زیاد Protists دارای یک جد مشترک (آخرین جد مشترک یوکاریوتی) هستند ، Protists به خودی خود یک کلاس جداگانه نیستند ، زیرا برخی از Protists ممکن است از گیاهان ، قارچ ها یا حیوانات بیشتر از سایر خویشاوندان باشند. اعتراض کنندگان همانند گروه هایی مانند جلبک ها ، بی مهرگان یا تک یاخته ها ، گروه اولیه نیز یک گروه طبقه بندی رسمی نیست بلکه برای راحتی استفاده می شود. اکثر پروتستها تک سلولی هستند که به یوکاریوتهای میکروبی نیز معروف هستند. 

آلوئولها عمدتا پروتستهای تک سلولی فتوسنتزی هستند که دارای کیسه هایی به نام آلوئول (از این رو نام آنها آلوئول ها) است که در زیر غشای سلولی آنها واقع شده اند و از سطح سلول پشتیبانی می کنند. آلوئولها شامل چندین گروه مانند dinoflagellates ، apicomplexans و ciliates می باشد. Dinoflagellates فتوسنتز می شوند و می توانند در اقیانوس یافت شوند که در آنها نقش اصلی تولید کننده مواد آلی را ایفا می کنند. [۱۵۸] آپیکومپلکس ها آلوئولهای انگلی هستند که دارای یک مجموعه پیچشی هستند که گروهی از اندامکها در انتهای آپیکال سلول واقع شده است. [۱۵۸] این مجموعه به آپیکومپلکسان ها اجازه می دهد تا به بافت میزبان خود حمله کنند. سیلیات ها آلوئولها هستند که دارای ساختار موی متعددی به نام مژک هستند. مشخصه مشخص مژگانی وجود دو نوع هسته در هر سلول مژک دار است. مژک دار معمولاً مورد مطالعه پارامسیوم است.

این حفاریها گروههای اولیه هستند که تقریباً ۱٫۵ میلیارد سال پیش اندکی پس از پیدایش یوکاریوتها شروع به تنوع کردند. برخی از حفاری ها میتوکندری ندارند ، که تصور می شود در طول تکامل از بین رفته اند زیرا این پروتستان هنوز ژن های هسته ای دارند که با میتوکندری مرتبط هستند. این خاکبرداری شامل چندین گروه مانند دیپلوناد ، پاراباسالید ، هترولوبوزین ، اوگلنید و سینتوپلاستید است.
Stramenopiles ، که بیشتر آنها را می توان با وجود موهای لوله ای در بلندتر از دو تاژک مشخص کرد ، شامل دیاتوم و جلبک قهوه ای است. دیاتوم ها تولید کنندگان اولیه هستند و حدود یک پنجم تثبیت کربن فتوسنتزی را تشکیل می دهند و آنها را جزء اصلی فیتوپلانکتون می سازد. 

ریزاریان اکثرا تک سلولی و اولیه آبزیان هستند که معمولاً دارای شبهپودهای بلند و نازک هستند. ریزاریان ها شامل سه گروه اصلی هستند: سرکوزوآنها ، روزن داران و رادیولاریان ها. 

آمئبوزوآنها پروتستهای اولیه با فرم بدن هستند که با وجود شبهپودهای لوب شکل مشخص شده و به حرکت آنها کمک می کند.آنها شامل گروه هایی مانند لوبوزان و قالب های لجن (به عنوان مثال ، قالب لجن پلاسمودیال و قالب های لجن سلولی) می شوند. 

تنوع گیاهی

گیاهان عمدتا ارگانیسم های چند سلولی هستند که عمدتاً یوکاریوت های فتوسنتزی پادشاهی Plantae هستند که قارچ ها و برخی جلبک ها را از بین می برد. یکی از ویژگیهای مشتق شده (یا سیناپومورفی) Plantae اندوسیمیبوز اولیه سیانوباکتریوم به یوکاریوت اولیه در حدود یک میلیارد سال پیش است که باعث ایجاد کلروپلاستها شده است. چند گروه اول که پس از اندوسیمیوز اولیه بوجود آمدند آبزی بودند و اکثر موجودات یوکاریوتی فتوسنتزی آب در مجموع به عنوان جلبک توصیف می شوند ، این یک اصطلاح راحت است زیرا همه جلبک ها به هم نزدیک نیستند. 

جلبک ها شامل چندین پره مجزا مانند گلوکوفیت ها هستند که جلبک های میکروسکوپی آب شیرین هستند و ممکن است از نظر شکل به نیای اولیه تک سلولی Plantae شباهت داشته باشند.برخلاف گلوکوفیت ها ، سایر تارهای جلبکی مانند جلبک های قرمز و سبز چند سلولی هستند. جلبک های سبز شامل سه تار اصلی هستند: کلروفیت ها ، کلئوکتوفیت ها و سنگ های سنگی. 

گیاهان خشکی (جنینی) برای اولین بار در محیطهای زمینی تقریباً ۴۵۰ تا ۵۰۰ میلیون سال پیش ظاهر شدند. سیناپومورفی گیاهان خشک ، جنینی است که تحت حفاظت بافتهای گیاه اصلی خود رشد می کند. گیاهان خشکی شامل ده تار اصلی هستند که هفت تای آنها یک تخته منفرد است که به نام گیاهان آوندی (یا تراکئوفیت) شناخته می شود ، زیرا همه آنها دارای تراشه هستند که سلولهای رسانای مایع هستند و یک سیستم توسعه یافته است که مواد را به سراسر بدن آنها منتقل می کند. در مقابل ، سه تیغه دیگر گیاهان غیر عروقی هستند زیرا تراکئید ندارند. آنها همچنین یک کلاد واحد را تشکیل نمی دهند. 

گیاهان غیر عروقی شامل کبد ، خزه و شاخ گاو می باشد. آنها معمولاً در مناطقی یافت می شوند که آب به راحتی در دسترس است. بیشتر آنها روی خاک یا حتی خود گیاهان آوندی زندگی می کنند. برخی می توانند بر روی سنگ برهنه ، تنه درختان مرده یا سقوط کرده و حتی ساختمان ها رشد کنند. اکثر گیاهان غیر عروقی زمینی هستند ، تعداد کمی از آنها در محیط های آب شیرین زندگی می کنند و هیچ کدام در اقیانوس ها زندگی نمی کنند.
هفت تیغه (یا تقسیم) که گیاهان آوندی را تشکیل می دهند شامل دم اسب و سرخس است که با هم می توان آنها را به عنوان یک کلاد به نام مونیلوفیت گروه بندی کرد. گیاهان بذری (یا اسپرماتوفیت) شامل پنج بخش دیگر هستند که چهار مورد از آنها به عنوان اسپرم ژیمناستوم و یکی آنژیو اسپرم است.

Gymnosperms شامل مخروطیان ، سیکاد ، Ginkgo و gnetophytes است. دانه های Gymnosperm یا بر روی سطح فلس یا برگ ایجاد می شوند ، که اغلب تغییر شکل داده و به شکل مخروط در می آیند ، یا بصورت انفرادی مانند سرخدار ، Torreya ، Ginkgo.  آنژیوسپرم ها با ۶۴ راسته ، ۴۱۶ خانواده ، تقریباً ۱۳۰۰۰ جنس شناخته شده و ۳۰۰۰۰۰ گونه شناخته شده ، متنوع ترین گروه گیاهان خشکی هستند.  آنژیواسپرم ها مانند ژیمنوسپرم ها گیاهان تولید کننده دانه هستند. آنها با داشتن ویژگی هایی مانند گل ، آندوسپرم درون دانه ها و تولید میوه های حاوی دانه ها از ژیمنااسپرم ها متمایز می شوند.

قارچ

قارچ ها موجودات یوکاریوتی هستند که غذاها را خارج از بدن خود هضم می کنند. آنها این کار را از طریق فرایندی به نام هتروتروفی جذبی انجام می دهند که به موجب آن ابتدا آنزیم های گوارشی را ترشح می کنند که مولکول های بزرگ مواد غذایی را قبل از جذب در غشای سلولی آنها تجزیه می کنند. بسیاری از قارچها نیز saprobes هستند زیرا قادرند مواد مغذی را از مواد آلی مرده دریافت کنند و از این رو تجزیه کننده های اصلی در سیستمهای اکولوژیکی هستند.

برخی از قارچ ها با جذب مواد مغذی از میزبان زنده انگل هستند و برخی دیگر متقابل هستند.  قارچ ها ، همراه با دو نسب دیگر ، چانوفلاژلات ها و حیوانات ، را می توان به عنوان opisthokonts گروه بندی کرد. سیناپومورفی که قارچها را از دو اپیتوکونت دیگر متمایز می کند وجود کیتین در دیواره های سلولی آنها است.

اکثر قارچ ها چند سلولی هستند اما برخی تک سلولی هستند مانند مخمرها که در محیط های مایع یا مرطوب زندگی می کنند و قادرند مواد مغذی را مستقیماً به سطح سلول خود جذب کنند.از طرف دیگر ، قارچ های چند سلولی دارای جسمی به نام میسلیوم هستند که از توده ای از رشته های لوله ای جداگانه به نام هیف تشکیل شده است که امکان جذب مواد مغذی را فراهم می کند. 

قارچ ها را می توان بر اساس چرخه زندگی خود به شش گروه اصلی تقسیم بندی کرد: میکروسپوریدیا ، کیتریدها ، قارچ های زیگوسپور (زیگومیکوتا) ، قارچ های میکوریزی آربوسکولار (گلومرومایکوتا) ، قارچ های کیسه ای (آسکومیکوتا) و قارچ های باشگاهی (بازیدیومیکوتا).

پادشاهی قارچ شامل تنوع عظیمی از گونه ها با اکولوژی های متنوع ، استراتژی های چرخه زندگی و ریخت شناسی اعم از کیتریدهای آبی تک سلولی تا قارچ های بزرگ است. با این حال ، اطلاعات کمی در مورد تنوع زیستی واقعی قارچ های پادشاهی وجود دارد که ۲٫۲ تا ۳٫۸ میلیون گونه برآورد شده است.  از این تعداد ، تنها حدود ۱۴۸۰۰۰ مورد شرح داده شده است ، که بیش از ۸۰۰۰ گونه برای گیاهان مضر شناخته شده است و حداقل ۳۰۰ گونه که می توانند برای انسان بیماری زا باشند.

تنوع جانوری

حیوانات موجودات یوکاریوتی چند سلولی هستند که پادشاهی Animalia را تشکیل می دهند. به استثنای چند مورد ، حیوانات مواد آلی مصرف می کنند ، اکسیژن تنفس می کنند ، قادر به حرکت هستند ، می توانند از طریق جنسی تولید مثل کنند و در حین رشد جنینی از یک لایه توخالی از سلولها یعنی بلاستولا رشد می کنند. بیش از ۱٫۵ میلیون گونه جانوری زنده توصیف شده است – از جمله حدود ۱ میلیون حشره هستند – اما برآورد شده است که در مجموع بیش از ۷ میلیون گونه جانوری وجود دارد. آنها تعاملات پیچیده ای با یکدیگر و محیط های خود دارند و شبکه های غذایی پیچیده ای را تشکیل می دهند.

حیوانات را می توان بر اساس ویژگی های تکاملی خود به دو گروه تقسیم کرد.  به عنوان مثال ، جنین حیوانات دیپلوبلاستیک مانند ctenophores ، placeozoans و cnidarians دارای دو لایه سلولی (اکتودرم و اندودرم) هستند در حالی که جنین حیوانات تریپلوبلاستی دارای سه لایه بافتی (اکتودرم ، مزودرم و آندودرم) است که سیناپومورفی این حیوانات است. .بر اساس الگوی گاسترولاسیون ، حیوانات تریپلوبلاستیک را می توان به دو دسته بزرگ تقسیم کرد ، در نتیجه حفره ای به نام بلاستوپور از تورفتگی یک بلاستولا ایجاد می شود. در پروتستومها ، بلاستوپور باعث ایجاد دهان می شود ، که پس از آن تشکیل مقعد ایجاد می شود.  در دوتروستومها ، بلاستوپور باعث ایجاد مقعد می شود و به دنبال آن دهان تشکیل می شود.

حیوانات همچنین می توانند بر اساس طرح بدن خود ، به طور خاص با توجه به چهار ویژگی اصلی ، متمایز شوند: تقارن ، حفره بدن ، تقسیم بندی و ضمائم.بدن اکثر حیوانات متقارن است و تقارن آن شعاعی یا دو طرفه است. حیوانات تریپلوبلاستیک را می توان بر اساس حفره بدن خود به سه نوع تقسیم بندی کرد: آکوئلومات ، pseudocoelomate و coelomate. [168] تکه تکه شدن را می توان در بدن بسیاری از حیوانات مشاهده کرد که این امر باعث تخصصی شدن قسمت های مختلف بدن و همچنین امکان تغییر شکل بدن برای کنترل حرکات می شود. [۱۶۸] سرانجام ، حیوانات را می توان بر اساس نوع و محل زائده های خود مانند آنتن برای تشخیص محیط یا پنجه برای گرفتن طعمه تشخیص داد.

اسفنج ها ، اعضای گروه Porifera ، یک متازوآ پایه (حیوانات) هستند که به عنوان خواهر دیپلوبلاستها درگیر می شوند.آنها ارگانیسم های چند سلولی هستند که دارای اجسامی پر از منافذ و مجاری هستند که اجازه می دهد آب از طریق آنها گردش کند ، شامل مزوئیل ژله مانند است که بین دو لایه نازک از سلول ها قرار گرفته است.
اکثریت (~ ۹۷)) گونه های جانوری بی مهرگان هستند ، که حیواناتی هستند که نه دارای ستون مهره ای هستند و نه دارای ستون مهره ای هستند (عموماً به عنوان ستون فقرات یا ستون فقرات شناخته می شود) ، که از نوتوکورد گرفته شده است. این شامل همه حیوانات به غیر از زیر پناه Vertebrata می شود.

نمونه های آشنا از بی مهرگان شامل بندپایان (حشرات ، آراکنیدها ، سخت پوستان و میریاپودها) ، نرم تنان (کیتون ، حلزون ، دوکفه ، ماهی مرکب و اختاپوس) ، آنلید (کرم خاکی و زالو) ، و جنوزنها (هیدرا ، چتر دریایی ، شقایق دریایی و ) بسیاری از گونه های بی مهرگان تعداد و تنوع بیشتری نسبت به کل زیرپناهگاه ورتبراتا دارند. 

در مقابل ، مهره داران شامل همه گونه های جانوری در زیر پناه Vertebrata (ناهنجارهای دارای ستون فقرات) هستند. مهره داران اکثریت قریب به اتفاق Chordata را تشکیل می دهند ، در حال حاضر حدود ۶۹،۹۶۳ گونه توصیف شده است. [۱۷۶] مهره داران شامل گروه هایی مانند ماهی بدون فک ، مهره داران فک دار مانند ماهیان غضروفی (کوسه ، پرتو و موش صحرایی) ، ماهیان استخوانی ، چهارپا مانند دوزیستان ، خزندگان ، پرندگان و پستانداران هستند.

ویروس ها

ویروسها عوامل عفونی زیر میکروسکوپی هستند که در داخل سلولهای موجودات تکثیر می شوند. ویروس ها انواع مختلف حیات ، از حیوانات و گیاهان گرفته تا میکروارگانیسم ها ، از جمله باکتری ها و باستان ها را آلوده می کنند.بیش از ۶۰۰۰ گونه ویروس به تفصیل شرح داده شده است.  ویروس ها تقریباً در همه اکوسیستم های روی زمین یافت می شوند و بی شمارترین نوع موجودات بیولوژیکی هستند. 

هنگامی که آلوده می شود ، یک سلول میزبان مجبور می شود هزاران نسخه یکسان از ویروس اصلی را به سرعت تولید کند. هنگامی که در داخل سلول آلوده یا در مرحله عفونت سلول قرار ندارید ، ویروس ها به شکل ذرات مستقل یا ویرون ها ، از مواد ژنتیکی (DNA یا RNA) ، یک پوشش پروتئینی به نام کپسید و در برخی موارد خارج وجود دارند.

پاکت چربی ها شکل این ذرات ویروس از اشکال مارپیچ ساده و ایکوساهدرال تا ساختارهای پیچیده تر است. اکثر گونه های ویروسی دارای ویروس های بسیار کوچکی هستند که با میکروسکوپ نوری قابل مشاهده نیستند ، زیرا اندازه آنها یک صدم اندازه اکثر باکتری ها است.

منشاء ویروس ها در تاریخ تکاملی زندگی نامشخص است: برخی ممکن است از پلاسمیدها – قطعات DNA که می توانند بین سلول ها حرکت کنند – و برخی دیگر از باکتری ها تکامل یافته اند. در تکامل ، ویروسها ابزار مهمی برای انتقال ژن افقی هستند که تنوع ژنتیکی را به شیوه ای مشابه تولید مثل جنسی افزایش می دهد.

از آنجا که ویروسها دارای برخی از ویژگیهای زندگی هستند اما همه آنها نیست ، آنها به عنوان “موجودات در حاشیه زندگی” و خود تکثیر کننده توصیف شده اند.

ویروس ها می توانند به طرق مختلف گسترش یابند. یک راه انتقال از طریق ارگانیسم های ناقل بیماری است که به عنوان ناقل شناخته می شوند: به عنوان مثال ، ویروس ها اغلب توسط گیاهانی به گیاهان دیگر توسط حشرات که از شیره گیاه تغذیه می کنند ، مانند شته ها منتقل می شوند. و ویروس ها در حیوانات می توانند توسط حشرات مکنده خون منتقل شوند. ویروس های آنفلوانزا با سرفه و عطسه منتقل می شوند. نوروویروس و روتاویروس ، علل شایع گاستروانتریت ویروسی ، از راه مدفوع-دهانی ، از طریق تماس دست به دهان یا در غذا یا آب منتقل می شوند. عفونت های ویروسی در حیوانات باعث واکنش ایمنی می شود که معمولاً ویروس آلوده را از بین می برد. واکنشهای ایمنی را می توان با واکسنها ایجاد کرد که ایمنی مصنوعی را برای عفونت ویروسی خاص ایجاد می کند.

شکل و عملکرد گیاه
بدن گیاه

بدن گیاه از اندام هایی تشکیل شده است که می توانند در دو سیستم اصلی اندام سازماندهی شوند: سیستم ریشه ای و سیستم ساقه.سیستم ریشه گیاهان را در جای خود محکم می کند. ریشه ها خود آب و مواد معدنی را جذب کرده و محصولات فتوسنتز را ذخیره می کنند. سیستم ساقه از ساقه ، برگ و گل تشکیل شده است.

ساقه ها برگها را به سمت خورشید نگه داشته و جهت می دهند ، که به برگها اجازه می دهد فتوسنتز را انجام دهند. گلها شاخه هایی هستند که برای تولید مثل اصلاح شده اند. ساقه ها از فیتومرها تشکیل شده اند ، واحدهای عملکردی هستند که از یک گره حامل یک یا چند برگ ، بین گره و یک یا چند جوانه تشکیل شده است.

بدن گیاه دارای دو الگوی اصلی (محور اپیکال- بازال و شعاعی) است که در طی جنین زایی ایجاد شده است.سلولها و بافتها در امتداد محور آپیکال-قاعده از ریشه تا اندام چیده شده اند در حالی که سه سیستم بافتی (پوستی ، زمینی و عروقی) که بدن گیاه را تشکیل می دهند به طور متمرکز در اطراف محور شعاعی آن قرار گرفته اند.] سیستم بافت پوستی اپیدرم (یا پوشش بیرونی) یک گیاه را تشکیل می دهد.

که معمولاً یک لایه تک سلولی است و از سلولهایی تشکیل شده است که به سه ساختار تخصصی متمایز شده اند: روزنه برای تبادل گاز در برگها ، تریکومها (یا موهای برگ) برای محافظت در برابر حشرات و تابش خورشید و موهای ریشه برای افزایش سطح و جذب آب و مواد مغذی. بافت زمین تقریباً تمام بافتی را که بین بافت پوستی و عروقی در شاخه ها و ریشه ها قرار دارد ، تشکیل می دهد. از سه نوع سلول تشکیل شده است: سلول های پارانشیم ، کلنشیم و اسکلرانشیم. در نهایت ، بافت های عروقی از دو بافت تشکیل شده است: زایلم و آبکش. گزیل از دو سلول رسانا به نام تراشه و عناصر رگ تشکیل شده است در حالی که آبکش با وجود عناصر لوله غربال و سلولهای همراه مشخص می شود.

تغذیه و حمل و نقل گیاهان

مانند همه موجودات دیگر ، گیاهان در درجه اول از آب و سایر مولکولهای حاوی عناصر ضروری برای زندگی تشکیل شده اند. عدم وجود مواد مغذی خاص (یا عناصر ضروری) ، که بسیاری از آنها در آزمایشهای هیدروپونیک شناسایی شده اند ، می تواند رشد و تولید مثل گیاه را مختل کند. اکثر گیاهان قادرند این مواد مغذی را از محلول هایی که ریشه آنها را در خاک احاطه کرده است ، بدست آورند.

شستشو و برداشت مداوم محصولات می تواند خاک مواد مغذی آن را از بین ببرد ، که با استفاده از کودها می توان آنها را بازیابی کرد. گیاهان گوشتخوار مانند تله های زهره می توانند با هضم بندپایان دیگر مواد مغذی را به دست آورند در حالی که گیاهان انگلی مانند دارواش می توانند سایر گیاهان را از نظر آب و مواد مغذی انگلی کنند.

گیاهان برای انجام فتوسنتز ، انتقال املاح بین اندامها ، خنک کردن برگهای آنها با تبخیر و حفظ فشارهای داخلی که بدن آنها را حمایت می کند ، به آب نیاز دارند. آب با اسمز می تواند درون و خارج سلولهای گیاهی پخش شود. جهت حرکت آب در غشای نیمه تراوا توسط پتانسیل آب در آن غشا تعیین می شود. آب می تواند از طریق آکواپورین ها در غشای سلول ریشه پخش شود در حالی که املاح توسط غشاء توسط کانال های یونی و پمپ ها منتقل می شوند. در گیاهان آوندی ، آب و املاح می توانند از طریق آپوپلاست و سیمپلاست وارد خشایل ، بافت عروقی شوند.

آب و مواد معدنی به محض ورود به گزیلم ، با تعرق از خاک به قسمتهای هوایی گیاه به سمت بالا توزیع می شوند. در مقابل ، آبکش ، یک بافت عروقی دیگر ، کربوهیدراتها (به عنوان مثال ، ساکارز) و سایر املاح مانند هورمونها را با انتقال از منبع (به عنوان مثال ، برگ یا ریشه بالغ) که در آن به سینک تولید شده است (به عنوان مثال ، ریشه ، گل) توزیع می کند. ، یا در حال توسعه میوه) که در آنها استفاده و ذخیره می شود. بسته به میزان کربوهیدراتهایی که برای تغذیه اندامهای دیگر تجمع یافته یا تحریک شده اند ، منابع و سینکها می توانند نقش خود را تغییر دهند.

توسعه گیاه

توسعه گیاه توسط نشانه های محیطی و گیرنده ها ، هورمون ها و ژنوم خود گیاه تنظیم می شود.  علاوه بر این ، آنها دارای چندین ویژگی هستند که به آنها امکان می دهد منابع لازم برای رشد و تولید مثل مانند مریستم ، تشکیل اندام پس از جنین و رشد افتراقی را بدست آورند.

توسعه با یک دانه آغاز می شود ، که یک گیاه جنینی است که در یک پوشش بیرونی محافظ محصور شده است. اکثر دانه های گیاه معمولاً در حالت خواب هستند ، وضعیتی که در آن فعالیت طبیعی بذر معلق می شود. خواب بذر ممکن است هفته ها ، ماه ها ، سال ها و حتی قرن ها طول بکشد. هنگامی که شرایط برای رشد مساعد باشد ، خوابیدن شکسته می شود و بذر شروع به جوانه زدن می کند ، فرایندی که جوانه زنی نامیده می شود. تزریق اولین مرحله در جوانه زنی است که در آن آب توسط دانه جذب می شود. پس از جذب آب ، دانه دچار تغییرات متابولیکی می شود.

که در آن آنزیم ها فعال شده و RNA و پروتئین ها سنتز می شوند. هنگامی که بذر جوانه می زند ، کربوهیدرات ها ، اسیدهای آمینه و لیپیدهای کوچک را به دست می آورد که به عنوان بلوک های سازنده برای رشد آن عمل می کند. این مونومرها از هیدرولیز نشاسته ، پروتئین ها و لیپیدها که در لپه یا اندوسپرم ذخیره می شوند ، بدست می آیند. جوانه زنی زمانی تکمیل می شود که ریشه های جنینی به نام ریشه از لایه دانه بیرون بیایند. در این مرحله ، گیاه در حال رشد را نهال می نامند و رشد آن توسط پروتئین ها و هورمون های گیرنده نوری خود تنظیم می شود. 

برخلاف حیواناتی که رشد آنها در آنها تعیین می شود ، یعنی با رسیدن به حالت بالغ متوقف می شود ، رشد گیاه نامشخص است زیرا این یک فرایند باز است که می تواند مادام العمر باشد.  گیاهان به دو طریق رشد می کنند: اولیه و ثانویه. در رشد اولیه ، شاخه ها و ریشه ها تشکیل شده و بلند می شوند. مریستم آپیکال بدن اولیه گیاه را تولید می کند که در همه گیاهان دانه ای یافت می شود. در طول رشد ثانویه ، ضخامت گیاه افزایش می یابد زیرا مریستم جانبی بدن گیاه ثانویه را تولید می کند ، که می تواند در گلهای چوبی مانند درختان و درختچه ها یافت شود. تک لپه ها رشد ثانویه را تجربه نمی کنند. بدن گیاه توسط سلسله مراتب مریستم ایجاد می شود. مریستم های آپیکال در سیستم های ریشه و ساقه باعث ایجاد مریستم های اولیه (پروتودرم ، مریستم زمینی و پروکامیوم) می شود که به نوبه خود باعث ایجاد سه سیستم بافتی (پوستی ، زمینی و عروقی) می شود.

تولید مثل گیاه

اکثر آنژیو اسپرمها (یا گیاهان گلدار) در تولید مثل جنسی شرکت می کنند. گلهای آنها اندامهایی هستند که تولید مثل را تسهیل می کنند ، معمولاً با ارائه مکانیزمی برای اتصال اسپرم با تخمک. گلها ممکن است دو نوع گرده افشانی را تسهیل کنند: گرده افشانی خودکار و گرده افشانی متقابل. گرده افشانی خودکار زمانی اتفاق می افتد که گرده گل مورچه بر روی کلاله همان گل یا گل دیگری روی همان گیاه قرار می گیرد.

گرده افشانی متقابل عبارت است از انتقال گرده از شاخ یک گل به کلاله گل دیگر بر روی افراد مختلف از همان گونه. گرده افشانی خود در گلهایی اتفاق افتاده است که پرچین و قالیچه به طور همزمان بالغ می شوند و طوری قرار گرفته اند که گرده می تواند بر روی کلاله گل فرود بیاید. این گرده افشانی نیازی به سرمایه گذاری گیاه برای تأمین شهد و گرده به عنوان غذا برای گرده افشان ها ندارد.

پاسخ گیاهان

مانند حیوانات ، گیاهان در قسمتی از بدن خود هورمون تولید می کنند تا در قسمت دیگر به سلول ها سیگنال بدهند تا پاسخ دهند. رسیدن میوه و ریزش برگها در زمستان تا حدی با تولید گاز اتیلن توسط گیاه کنترل می شود. استرس ناشی از از دست دادن آب ، تغییرات شیمیایی هوا یا ازدحام توسط سایر گیاهان می تواند منجر به تغییراتی در نحوه عملکرد گیاه شود. این تغییرات ممکن است تحت تأثیر عوامل ژنتیکی ، شیمیایی و فیزیکی قرار گیرند.

برای عملکرد و بقا ، گیاهان مجموعه وسیعی از ترکیبات شیمیایی را تولید می کنند که در موجودات دیگر یافت نمی شود. از آنجا که آنها نمی توانند حرکت کنند ، گیاهان همچنین باید از خود در برابر گیاهخواران ، عوامل بیماری زا و رقابت سایر گیاهان دفاع شیمیایی کنند. آنها این کار را با تولید سموم و مواد شیمیایی بد بو یا بو می کنند. سایر ترکیبات از گیاهان در برابر بیماری دفاع می کنند ، اجازه می دهند در خشکسالی زنده بمانند و گیاهان را برای خواب آماده می کنند ، در حالی که سایر ترکیبات برای جذب گرده افشان ها یا گیاه خواران برای پخش دانه های رسیده استفاده می شود.

بسیاری از اندام های گیاهی حاوی انواع مختلفی از پروتئین های گیرنده نوری هستند که هریک از آنها به طور خاص به طول موج های خاصی از نور واکنش نشان می دهند. پروتئین های گیرنده نوری اطلاعاتی مانند روز یا شب بودن ، مدت روز ، شدت نور موجود و منبع نور را منتقل می کنند. شاخه ها به طور کلی به سمت نور رشد می کنند.

در حالی که ریشه ها از آن دور می شوند ، به ترتیب به عنوان فوتوتروپیسم و ​​اسکوتروپیسم شناخته می شوند. آنها توسط رنگدانه های حساس به نور مانند فوتوتروپین ها و فیتوکروم ها و هورمون گیاهی اکسین ایجاد می شوند.بسیاری از گیاهان گلدار در زمان مناسب به دلیل ترکیبات حساس به نور که به طول شب واکنش نشان می دهند ، شکوفا می شوند ، این پدیده به عنوان دوره پاییزی شناخته می شود.

گیاهان می توانند علاوه بر نور به انواع دیگر محرک ها نیز پاسخ دهند. به عنوان مثال ، گیاهان می توانند جهت جاذبه را برای جهت گیری صحیح خود حس کنند. آنها می توانند به تحریک مکانیکی پاسخ دهند.

شکل و عملکرد حیوانات

سلولهای هر بدن حیوان در مایع بینابینی غوطه ور شده که محیط سلول را تشکیل می دهد. این مایع و تمام ویژگی های آن (به عنوان مثال ، دما ، ترکیب یونی) را می توان به عنوان محیط داخلی حیوان توصیف کرد ، که برخلاف محیط خارجی است که دنیای خارج حیوان را در بر می گیرد.حیوانات را می توان به عنوان تنظیم کننده یا سازگار طبقه بندی کرد. حیواناتی مانند پستانداران و پرندگان تنظیم کننده هستند زیرا می توانند با وجود تغییر محیط ، محیط داخلی ثابت مانند دمای بدن را حفظ کنند.

این حیوانات همچنین به عنوان هوموترم توصیف می شوند زیرا با ثابت نگه داشتن دمای داخلی بدن خود تنظیم حرارتی را نشان می دهند. در مقابل ، حیواناتی مانند ماهی ها و قورباغه ها سازگار با محیط داخلی خود (به عنوان مثال ، دمای بدن) برای مطابقت با محیط خارجی خود هستند. این حیوانات همچنین به عنوان poikilotherms یا ectotherms توصیف می شوند زیرا اجازه می دهند دمای بدن آنها با محیط خارجی آنها مطابقت داشته باشد.

از نظر انرژی ، مقرون به صرفه تر از انطباق است زیرا حیوان انرژی بیشتری را برای حفظ یک محیط داخلی ثابت مانند افزایش میزان متابولیسم پایه خود ، که میزان مصرف انرژی است ، افزایش می دهد. به طور مشابه ، هومیوترمی هزینه بیشتری نسبت به پوکیلوترمی دارد. هموستاز ثبات محیط داخلی حیوان است که توسط حلقه های بازخورد منفی حفظ می شود.

اندازه بدن حیوانات زمینی در گونه های مختلف متفاوت است اما میزان استفاده از انرژی آنها بر اساس اندازه آنها به صورت خطی نیست.به عنوان مثال ، موش ها می توانند نسبت به وزن خود سه برابر بیشتر از خرگوش غذا مصرف کنند ، زیرا میزان متابولیسم پایه در واحد وزن در موش ها بیشتر از خرگوش ها است.فعالیت بدنی همچنین می تواند میزان متابولیسم حیوان را افزایش دهد. هنگامی که یک حیوان می دود ، سرعت متابولیسم آن به طور خطی با سرعت افزایش می یابد. با این حال ، این رابطه در حیواناتی که شنا یا پرواز می کنند غیر خطی است.

هنگامی که ماهی سریعتر شنا می کند ، با مقاومت بیشتری در برابر آب مواجه می شود و بنابراین میزان متابولیسم آن به صورت نمایی افزایش می یابد.از طرف دیگر ، رابطه سرعت پرواز و میزان سوخت و ساز بدن در پرندگان به شکل U است. در سرعت پرواز پایین ، پرنده باید متابولیسم بالایی داشته باشد تا در هوا بماند. با افزایش سرعت پرواز ، سرعت متابولیسم آن کاهش می یابد ، زیرا هوا به سرعت روی بالهای آن جریان می یابد. با این حال ، با افزایش بیشتر سرعت ، متابولیسم بالای آن به دلیل افزایش تلاش در ارتباط با سرعت پرواز سریع دوباره افزایش می یابد. میزان متابولیسم پایه را می توان بر اساس میزان تولید گرما در حیوان اندازه گیری کرد.

تعادل آب و نمک

مایعات بدن حیوانات دارای سه ویژگی است: فشار اسمزی ، ترکیب یونی و حجم. فشارهای اسمزی جهت انتشار آب (یا اسمز) را تعیین می کند ، که از ناحیه ای که فشار اسمزی (غلظت کل املاح) کم است به ناحیه ای که فشار اسمزی (غلظت کل املاح) زیاد است حرکت می کند. آبزیان با توجه به ترکیبات مایع بدن و محیطشان متنوع هستند. به عنوان مثال ، اکثر حیوانات بی مهرگان در اقیانوس دارای مایعات بدن هستند که با آب دریا ایزوسموتیک هستند. در مقابل ، ماهیان استخوانی اقیانوس دارای مایعات بدن هستند که نسبت به آب دریا هیپوزوموتیک هستند.

سرانجام ، حیوانات آب شیرین دارای مایعات بدن هستند که نسبت به آب شیرین هیپراسموتیک هستند. یونهای معمولی که در مایعات بدن حیوان یافت می شوند عبارتند از سدیم ، پتاسیم ، کلسیم و کلرید. حجم مایعات بدن را می توان با دفع تنظیم کرد. حیوانات مهره دار دارای کلیه هستند که اندام های دفعی تشکیل شده از ساختارهای لوله ای کوچک به نام نفرون هستند که ادرار را از پلاسمای خون تولید می کنند.

عملکرد اصلی کلیه ها تنظیم ترکیب و حجم پلاسمای خون با حذف مواد به صورت انتخابی از خود پلاسمای خون است. توانایی حیوانات xeric مانند موش های کانگورو برای از دست دادن آب با تولید ادرار ۱۰-۲۰ برابر غلظت پلاسمای خون آنها را به حداقل می رساند به آنها اجازه می دهد تا در محیط های بیابانی که بارش بسیار کمی دریافت می کنند ، سازگار شوند.

تغذیه و گوارش

حیوانات هتروتروف هستند زیرا از موجودات دیگر برای به دست آوردن انرژی و ترکیبات آلی تغذیه می کنند. آنها می توانند غذا را از سه طریق اصلی مانند هدف قرار دادن اجسام قابل مشاهده غذا ، جمع آوری ذرات کوچک غذا یا بسته به میکروب ها برای نیازهای حیاتی غذا به دست آورند. میزان انرژی ذخیره شده در غذا را می توان بر اساس میزان گرمای (اندازه گیری شده در کالری یا کیلوژول) ساطع شده در زمان سوختن غذا در حضور اکسیژن تعیین کرد. اگر حیوانی از غذای حاوی مقدار زیادی انرژی شیمیایی استفاده کند ، بیشتر این انرژی را در قالب لیپیدها برای استفاده در آینده و مقداری از آن را به عنوان گلیکوژن برای استفاده فوری ذخیره می کند (به عنوان مثال ، برآوردن نیازهای انرژی مغز ).

مولکولهای موجود در غذا ، اجزای سازنده شیمیایی هستند که برای رشد و نمو مورد نیاز هستند. این مولکول ها شامل مواد مغذی مانند کربوهیدرات ها ، چربی ها و پروتئین ها هستند. ویتامین ها و مواد معدنی (مانند کلسیم ، منیزیم ، سدیم و فسفر) نیز ضروری هستند. سیستم گوارشی ، که معمولاً از یک لوله لوله ای تشکیل شده است که از دهان تا مقعد امتداد دارد ، در تجزیه (یا هضم) غذا به مولکول های کوچک دخیل است ، زیرا مدت کوتاهی پس از بلعیده شدن ، از طریق لومن روده به صورت پریستالتیک حرکت می کند. سپس این مولکول های کوچک غذا از لومن به خون جذب می شوند و سپس به عنوان اجزای سازنده (به عنوان مثال اسیدهای آمینه) یا منابع انرژی (به عنوان مثال گلوکز) به بقیه بدن توزیع می شوند. 

حیوانات مهره دار علاوه بر دستگاه گوارش ، دارای غدد جانبی مانند کبد و لوزالمعده نیز به عنوان بخشی از دستگاه گوارش خود هستند.فرآوری غذا در این حیوانات از روده جلویی شروع می شود که شامل دهان ، مری و معده می شود. هضم مکانیکی غذا از دهان شروع می شود و مری به عنوان گذرگاهی برای رسیدن غذا به معده عمل می کند و در آنجا ذخیره و تجزیه می شود (توسط اسید معده) برای پردازش بیشتر. پس از خروج از معده ، غذا وارد روده میانی می شود که اولین قسمت روده (یا روده کوچک در پستانداران) است و محل اصلی هضم و جذب است.

غذاهایی که جذب نمی شوند به عنوان ضایعات غیرقابل هضم (یا مدفوع) در روده عقب ، که قسمت دوم روده (یا روده بزرگ در پستانداران) است ، ذخیره می شوند. سپس روده پشت قبل از حذف مدفوع از راست روده ، جذب مجدد آب و نمک مورد نیاز را تکمیل می کند. 

نفس کشیدن

سیستم تنفسی شامل اندام ها و ساختارهای خاصی است که برای تبادل گاز در حیوانات و گیاهان استفاده می شود. آناتومی و فیزیولوژی ایجاد کننده این امر بسته به اندازه ارگانیسم ، محیطی که در آن زندگی می کند و تاریخ تکاملی آن بسیار متفاوت است. در حیوانات خشکی سطح تنفسی به عنوان پوشش ریه ها داخلی می شود.

تبادل گاز در ریه ها در میلیون ها کیسه کوچک هوا اتفاق می افتد. در پستانداران و خزندگان به آنها آلوئول گفته می شود و در پرندگان به دهلیز معروف است. این کیسه های هوای میکروسکوپی دارای منبع خون بسیار غنی هستند ، بنابراین هوا را در تماس نزدیک با خون قرار می دهد.

این کیسه های هوایی از طریق سیستم مجاری هوایی یا لوله های توخالی با محیط خارجی ارتباط برقرار می کنند که بزرگترین آنها نای است که در وسط قفسه سینه به دو برونش اصلی منشعب می شود. این ها وارد ریه ها می شوند و در آنجا به نایژه های باریک تر ثانویه و سوم منشعب می شوند که به لوله های کوچکتر متعدد ، برونشیول ها منشعب می شوند.

در پرندگان برونشیول ها پارابرونچی نامیده می شوند. این برونشیولها یا پارابرونکها هستند که عموماً در آلوئولهای میکروسکوپی در پستانداران و دهلیزها در پرندگان باز می شوند. هوا باید از طریق تنفس ، که عضلات تنفس را درگیر می کند ، از محیط به داخل آلوئولها یا دهلیزها پمپ شود.

جریان

یک سیستم گردش خون معمولاً شامل یک پمپ عضلانی مانند قلب ، یک مایع (خون) و سیستم رگ های خونی است که آن را منتقل می کند. عملکرد اصلی آن انتقال خون و سایر مواد به داخل و خارج از سلول (بافت) و بافت ها است. دو نوع سیستم گردش خون وجود دارد: باز و بسته. در سیستم های گردش خون باز ، خون در حالی که در سراسر بدن گردش می کند از رگ های خونی خارج می شود ، در حالی که در سیستم گردش خون بسته ، خون در داخل رگ های خونی در حین گردش خون وجود دارد.

سیستم های گردش خون باز را می توان در جانوران بی مهره مانند بندپایان (به عنوان مثال ، حشرات ، عنکبوت ها و خرچنگ ها) مشاهده کرد در حالی که سیستم های گردش خون بسته را می توان در حیوانات مهره دار مانند ماهی ها ، دوزیستان و پستانداران یافت. گردش خون در حیوانات بین دو نوع بافت رخ می دهد: بافتهای سیستمیک و اندامهای تنفسی (یا ریوی).

بافتهای سیستمیک همه بافتها و اندامهایی هستند که بدن حیوان را غیر از اندامهای تنفسی آن تشکیل می دهند. بافت های سیستمی اکسیژن را جذب می کنند اما دی اکسید کربن را به خون اضافه می کنند در حالی که اندام های تنفسی دی اکسید کربن را جذب می کنند اما اکسیژن را به خون اضافه می کنند.در پرندگان و پستانداران ، سیستم های سیستمیک و ریوی به صورت سری به هم متصل هستند.

در سیستم گردش خون ، خون مهم است زیرا وسیله ای است که از طریق آن اکسیژن ، دی اکسید کربن ، مواد مغذی ، هورمون ها ، عوامل سیستم ایمنی بدن ، گرما ، مواد زائد و سایر کالاها منتقل می شوند. در حلزون هایی مانند کرم خاکی و زالو ، خون توسط امواج پریستالتیک انقباض ماهیچه های قلب که عروق خونی را تشکیل می دهند ، به حرکت در می آید.

حیوانات دیگر مانند سخت پوستان (به عنوان مثال خرچنگ و خرچنگ) بیش از یک قلب دارند که خون را در بدن خود حرکت می دهند. قلبهای مهره دار چند اتاقه هستند و می توانند خون را هنگام پهن شدن بطنها در هر چرخه قلبی که خون را از طریق رگهای خونی به حرکت در می آورد پمپاژ کنند. اگرچه قلب مهره داران میوژنیک است ، اما میزان انقباض (یا ضربان قلب) آنها را می توان با ورودی عصبی از سیستم عصبی خودمختار بدن تعدیل کرد.

عضله و حرکت

در مهره داران ، سیستم عضلانی شامل ماهیچه های اسکلتی ، صاف و قلبی است. این حرکت بدن را مجاز می کند ، حالت بدن را حفظ می کند و خون را در سراسر بدن به گردش در می آورد.همراه با سیستم اسکلتی ، سیستم اسکلتی عضلانی را تشکیل می دهد که مسئول حرکت حیوانات مهره دار است.

انقباضات ماهیچه های اسکلتی عصبی هستند زیرا نیاز به ورودی سیناپسی از نورونهای حرکتی دارند. یک سلول عصبی حرکتی قادر است چندین رشته ماهیچه ای را عصب دهی کند و در نتیجه باعث انقباض همزمان فیبرها شود. پس از عصب کشی ، رشته های پروتئینی درون هر فیبر ماهیچه ای اسکلتی از یکدیگر عبور می کنند تا انقباض ایجاد کنند ، که این امر با نظریه رشته های کشویی توضیح داده می شود.

بسته به فرکانس پتانسیل های عمل ، انقباض تولید شده را می توان به عنوان انقباض ، جمع یا کزاز توصیف کرد. برخلاف ماهیچه های اسکلتی ، انقباضات ماهیچه های صاف و قلبی میوژنیک هستند زیرا توسط سلولهای عضله صاف یا قلب به جای نورون حرکتی آغاز می شوند. با این وجود ، قدرت انقباضات آنها را می توان با ورود سیستم عصبی خودمختار تعدیل کرد. مکانیسم انقباض در هر سه بافت ماهیچه ای مشابه است.

در بی مهرگان مانند کرم خاکی و زالو ، سلولهای ماهیچه ای حلقوی و طولی دیواره بدن این حیوانات را تشکیل می دهند و مسئول حرکت آنها هستند.به عنوان مثال ، در کرم خاکی که در خاک حرکت می کند ، انقباضات ماهیچه های مدور و طولی متقابلاً رخ می دهد در حالی که مایع سلومیک با حفظ تیرگی کرم خاکی به عنوان یک اسکلت هیدروکلتونی عمل می کند.

حیوانات دیگر مانند نرم تنان و نماتدها دارای ماهیچه های خطی مایل هستند که شامل نوارهایی از رشته های ضخیم و نازک است که به صورت مارپیچ و نه عرضی مرتب شده اند ، مانند ماهیچه های اسکلتی یا قلبی مهره داران. حشرات پیشرفته مانند زنبورها ، مگس ها ، زنبورها و سوسک ها دارای ماهیچه های ناهمزمان هستند که ماهیچه های پرواز این حیوانات را تشکیل می دهند.این ماهیچه های پرواز اغلب ماهیچه های فیبریلار نامیده می شوند زیرا حاوی میوفیبریل های ضخیم و آشکار هستند.

سیستم عصبی

اکثر حیوانات چند سلولی دارای سیستم عصبی هستند که به آنها اجازه می دهد محیط خود را حس کرده و به آن واکنش نشان دهند. سیستم عصبی شبکه ای از سلول ها است که اطلاعات حسی را پردازش کرده و رفتارهایی را ایجاد می کند. در سطح سلولی ، سیستم عصبی با وجود نورونها ، که سلولهای تخصصی برای رسیدگی به اطلاعات هستند ، تعریف می شود. آنها می توانند اطلاعات را در سایتهای مخاطبین به نام سیناپس ارسال یا دریافت کنند.

به طور خاص ، نورون ها می توانند تکانه های عصبی (یا پتانسیل های عمل) را که در امتداد فیبرهای نازک خود به نام آکسون حرکت می کنند ، هدایت کنند ، که می توانند مستقیماً از طریق سیناپس های الکتریکی به سلول همسایه منتقل شوند یا باعث شوند مواد شیمیایی به نام انتقال دهنده های عصبی در سیناپس های شیمیایی آزاد شوند. بر اساس نظریه سدیم ، این پتانسیل های عمل را می توان با افزایش نفوذپذیری غشای سلولی نورون به یون های سدیم ایجاد کرد.سلولهایی مانند نورونها یا سلولهای عضلانی ممکن است با دریافت سیگنال از نورون دیگر تحریک یا مهار شوند.

ارتباطات بین نورون ها می تواند مسیرهای عصبی ، مدارهای عصبی و شبکه های بزرگتری را ایجاد کند که درک ارگانیسم را از جهان ایجاد می کند و رفتار آن را تعیین می کند. در کنار نورون ها ، سیستم عصبی شامل سلول های تخصصی دیگری به نام گلیا یا سلول های گلیال است که از نظر ساختاری و متابولیک حمایت می کند.

در مهره داران ، سیستم عصبی شامل سیستم عصبی مرکزی (CNS) است که شامل مغز و نخاع و سیستم عصبی محیطی (PNS) است که شامل اعصابی است که CNS را به هر قسمت دیگر بدن متصل می کند. به اعصابی که سیگنال ها را از CNS منتقل می کنند ، اعصاب حرکتی یا اعصاب اثرگذار گفته می شود ، در حالی که به اعصابی که اطلاعات را از بدن به CNS منتقل می کنند ، اعصاب حسی یا اعصاب آوران گفته می شود. اعصاب نخاعی اعصابی مختلط هستند که هر دو عملکرد را انجام می دهند. PNS به سه زیر سیستم جداگانه تقسیم می شود.

سیستم های عصبی جسمانی ، خودمختار و روده. اعصاب جسمانی واسطه حرکت داوطلبانه هستند. سیستم عصبی خودمختار به دو سیستم عصبی سمپاتیک و پاراسمپاتیک تقسیم می شود. سیستم عصبی سمپاتیک در مواقع ضروری برای بسیج انرژی فعال می شود ، در حالی که سیستم عصبی پاراسمپاتیک زمانی فعال می شود که موجودات در حالت آرامش قرار دارند.

عملکرد سیستم عصبی روده ای برای کنترل دستگاه گوارش است. هر دو سیستم عصبی خودکار و روده به صورت غیر ارادی عمل می کنند. به اعصابی که مستقیماً از مغز خارج می شوند اعصاب جمجمه ای گفته می شود در حالی که به مغزهایی که از نخاع خارج می شوند اعصاب نخاعی گفته می شود.

بسیاری از حیوانات دارای اندام های حسی هستند که می توانند محیط خود را تشخیص دهند. این اندام های حسی حاوی گیرنده های حسی هستند که نورون های حسی هستند و محرک ها را به سیگنال های الکتریکی تبدیل می کنند.برای مثال گیرنده های مکانیکی که در پوست ، ماهیچه ها و اندام های شنوایی یافت می شوند ، در پاسخ به تغییرات فشار ، پتانسیل عمل را ایجاد می کنند.سلول های گیرنده نوری مانند میله ها و مخروط ها ، که بخشی از شبکیه مهره داران هستند ، می توانند به طول موج های خاصی از نور پاسخ دهند.گیرنده های شیمیایی مواد شیمیایی را در دهان (مزه) یا در هوا (بو) تشخیص می دهند.

کنترل هورمونی

هورمون ها مولکول های سیگنالی هستند که در خون به اندام های دور منتقل می شوند تا عملکرد آنها را تنظیم کنند. هورمون ها توسط غدد داخلی که بخشی از سیستم غدد درون ریز حیوانات هستند ترشح می شوند. در مهره داران ، هیپوتالاموس مرکز کنترل عصبی برای تمام سیستم های غدد درون ریز است. به طور خاص ، غدد درون ریز اصلی غده تیروئید و غدد فوق کلیوی هستند.

بسیاری از اندام های دیگر که بخشی از سایر سیستم های بدن هستند دارای عملکرد غدد درون ریز ثانویه از جمله استخوان ، کلیه ها ، کبد ، قلب و غدد جنسی هستند. به عنوان مثال ، کلیه ها هورمون غدد درون ریز اریتروپویتین را ترشح می کنند. هورمون ها می توانند مجتمع های آمینو اسید ، استروئیدها ، ایکوزانوئیدها ، لکوترین ها یا پروستاگلاندین ها باشند.

سیستم غدد درون ریز را می توان با غدد برون ریز ، که هورمون ها را به خارج از بدن ترشح می کنند ، و سیگنال های پاراکرین بین سلول ها در فاصله نسبتا کوتاه مقایسه کرد. غدد درون ریز مجاری ندارند ، عروقی هستند و معمولاً دارای واکوئل های داخل سلولی یا گرانول هایی هستند که هورمون های خود را ذخیره می کنند. در مقابل ، غدد برون ریز ، مانند غدد بزاقی ، غدد عرق و غدد درون دستگاه گوارش ، بسیار کمتر عروقی هستند و مجاری یا لومن توخالی دارند.

تولید مثل حیوانات

حیوانات می توانند به یکی از دو طریق تولید مثل کنند: غیرجنسی و جنسی. تقریباً همه حیوانات به نوعی تولید مثل جنسی می کنند. آنها توسط میوز گامت های هاپلوئید تولید می کنند. گامتهای کوچکتر و متحرک اسپرم و گامتهای بزرگتر و غیر متحرک تخمک هستند.اینها با هم ترکیب می شوند و زیگوت ایجاد می کنند ،که از طریق میتوز به یک کره توخالی تبدیل می شود که بلاستولا نامیده می شود. در اسفنج ها ، لاروهای بلاستولا به مکان جدیدی شنا می کنند ، به بستر دریا متصل می شوند و به اسفنج جدیدی تبدیل می شوند.  در بیشتر گروه های دیگر ، بلاستولا تحت بازآرایی پیچیده تری قرار می گیرد.

ابتدا برای ایجاد یک گاسترولا با یک اتاقک گوارشی و دو لایه جوانه جداگانه ، یک اکتودرم خارجی و یک اندودرم داخلی ایجاد می شود.در بیشتر موارد ، یک لایه جوانه سوم ، مزودرم نیز بین آنها ایجاد می شود. سپس این لایه های جوانه ای متمایز شده و بافت ها و اندام ها را تشکیل می دهند.

برخی از حیوانات قادر به تولید مثل غیر جنسی هستند ، که اغلب منجر به کلون ژنتیکی والدین می شود. این ممکن است از طریق تکه تکه شدن اتفاق بیفتد. جوانه زدن ، مانند در هیدرا و سایر جنایات ، یا پارتنوژنز ، جایی که تخمهای بارور بدون جفت گیری تولید می شوند ، مانند شته ها.

توسعه حیوانات

رشد حیوانات با تشکیل یک زیگوت آغاز می شود که از ترکیب اسپرم و تخمک در طول لقاح حاصل می شود.این زیگوت چندین دور سریع از دوره تقسیم سلولی میتوزی به نام شکاف را پشت سر می گذارد که توپی از سلول های مشابه به نام بلاستولا را تشکیل می دهد. گاسترولاسیون رخ می دهد ، به این ترتیب حرکات مورفوژنتیک توده سلولی را به سه لایه جوانه ای که شامل اکتودرم ، مزودرم و آندودرم است ، تبدیل می کند.

پایان گاسترولاسیون نشان دهنده آغاز اندام زایی است ، بدین وسیله سه لایه جوانه اندامهای داخلی ارگانیسم را تشکیل می دهند.

سلول های هر یک از سه لایه زایا تحت تمایز قرار می گیرند ، فرآیندی که در آن سلول های کمتر تخصصی از طریق بیان مجموعه ای خاص از ژن ها تخصص بیشتری پیدا می کنند. تمایز سلولی تحت تأثیر سیگنالهای خارج سلولی مانند فاکتورهای رشد است که به سلولهای مجاور مبادله می شود ، که به آن سیگنال دهی مجاور می گویند ، یا به سلولهای مجاور در فواصل کوتاه ، که سیگنال دهی پاراکرین نامیده می شود.

سیگنالهای درون سلولی شامل یک سیگنالینگ سلولی (سیگنالینگ اتوکرین) است ، همچنین در تشکیل اندام نقش دارد. این مسیرهای سیگنال دهی امکان تنظیم مجدد سلول ها را فراهم می کند و از تشکیل اندام ها در مکانهای خاصی از بدن اطمینان می دهد.

سیستم ایمنی

سیستم ایمنی شبکه ای از فرایندهای بیولوژیکی است که انواع مختلفی از عوامل بیماری زا را تشخیص داده و به آنها پاسخ می دهد. بسیاری از گونه ها دارای دو زیر سیستم اصلی سیستم ایمنی هستند. سیستم ایمنی ذاتی پاسخی از پیش تنظیم شده برای گروه های وسیعی از موقعیت ها و محرک ها ارائه می دهد. سیستم ایمنی تطبیقی ​​با یادگیری تشخیص مولکول هایی که قبلاً با آنها برخورد کرده است ، پاسخ مناسبی به هر محرک می دهد. هر دو از مولکول ها و سلول ها برای انجام وظایف خود استفاده می کنند.

تقریباً همه موجودات دارای نوعی سیستم ایمنی هستند. باکتریها دارای سیستم ایمنی ابتدایی به شکل آنزیم هایی هستند که از عفونت های ویروسی محافظت می کنند. سایر سازوکارهای ایمنی اولیه در گیاهان و حیوانات باستانی تکامل یافته و در نسل جدید آنها باقی مانده است. این مکانیسم ها شامل فاگوسیتوز ، پپتیدهای ضد میکروبی به نام دفنسین و سیستم مکمل است.

مهره داران فک دار ، از جمله انسان ، دارای مکانیسم های دفاعی پیچیده تری هستند ، از جمله توانایی سازگاری برای تشخیص کارآمدتر عوامل بیماری زا. ایمنی تطبیقی ​​(یا اکتسابی) یک حافظه ایمونولوژیکی ایجاد می کند که منجر به افزایش پاسخ به برخوردهای بعدی با همان عامل بیماری زا می شود. این فرآیند ایمنی اکتسابی اساس واکسیناسیون است.

رفتار حیوانات

رفتارها نقشی اساسی در تعامل حیوانات با یکدیگر و با محیط خود دارند. آنها می توانند از ماهیچه های خود برای نزدیک شدن به یکدیگر ، صدا زدن ، جستجوی سرپناه و مهاجرت استفاده کنند. سیستم عصبی حیوانات رفتارهای او را فعال و هماهنگ می کند. برای مثال ، الگوهای عملی ثابت ، رفتارهای کلیشه ای و ژنتیکی هستند که بدون یادگیری رخ می دهند.

این رفتارها تحت کنترل سیستم عصبی است و می تواند کاملاً مفصل باشد.به عنوان مثال می توان به جوجه زدن جوجه های دریایی در نقطه قرمز روی منقار مادر اشاره کرد. رفتارهای دیگری که در نتیجه انتخاب طبیعی پدیدار شده اند عبارتند از تغذیه ، جفت گیری و نوع دوستی. علاوه بر رفتار تکامل یافته ، حیوانات توانایی یادگیری را با اصلاح رفتارهای خود در نتیجه تجربیات اولیه فردی تکامل داده اند.

بوم شناسی
اکوسیستم ها

بوم شناسی مطالعه توزیع و فراوانی زندگی ، تعامل بین موجودات زنده و محیط آنها است.اجتماع موجودات زنده (بیوتیک) در ارتباط با اجزای غیر زنده (غیر زنده) (مانند آب ، نور ، تابش ، دما ، رطوبت ، جو ، اسیدیته و خاک) محیط زیست آنها را اکوسیستم می نامند. این اجزای بیوتیک و غیر زنده از طریق چرخه های تغذیه ای و جریان های انرژی به یکدیگر متصل می شوند. انرژی خورشید از طریق فتوسنتز وارد سیستم می شود و در بافت گیاهی گنجانده می شود. با تغذیه از گیاهان و یکدیگر ، حیوانات نقش مهمی در حرکت مواد و انرژی در سیستم دارند.

آنها همچنین بر میزان زیست توده گیاهی و میکروبی موجود تأثیر می گذارند. با تجزیه مواد آلی مرده ، تجزیه کننده ها کربن را به جو باز می گردانند و با تبدیل مواد مغذی ذخیره شده در زیست توده مرده به شکلی که به راحتی توسط گیاهان و سایر میکروب ها قابل استفاده باشد ، چرخه مواد مغذی را تسهیل می کنند. 

محیط فیزیکی زمین توسط انرژی خورشیدی و توپوگرافی شکل می گیرد. میزان ورودی انرژی خورشیدی به دلیل شکل کروی زمین و شیب محوری آن در فضا و زمان متفاوت است. تنوع در ورودی انرژی خورشیدی الگوهای آب و هوا و آب و هوا را پیش می برد. آب و هوا فعالیت روزانه و میزان بارندگی است ، در حالی که آب و هوا میانگین بلند مدت آب و هوا است ، به طور معمول در یک دوره ۳۰ ساله.تنوع در توپوگرافی همچنین ناهمگونی محیطی را ایجاد می کند.

به عنوان مثال ، در سمت باد کوه ، هوا بالا می رود و سرد می شود و آب از حالت گازی به مایع یا جامد تبدیل می شود و در نتیجه بارندگی مانند باران یا برف ایجاد می شود. در نتیجه ، محیط های مرطوب باعث رشد پوشش گیاهی سرسبز می شود. در مقابل ، شرایط به دلیل کمبود بارش با پایین آمدن و گرم شدن هوا ، و رطوبت به عنوان بخار آب در اتمسفر باقی می ماند ، در سمت زیر کوه کوه خشک می شود. دما و بارش عوامل اصلی شکل دهنده بیوم های زمینی هستند.

جمعیت ها

جمعیت ، تعداد ارگانیسم های یک گونه است که منطقه ای را اشغال کرده و نسل به نسل تکثیر می شوند. فراوانی آن را می توان با استفاده از تراکم جمعیت ، یعنی تعداد افراد در واحد سطح (به عنوان مثال ، زمین یا درخت) یا حجم (به عنوان مثال ، دریا یا هوا) اندازه گیری کرد.

با توجه به این که معمولاً محاسبه هر فرد در یک جمعیت بزرگ برای تعیین اندازه آن غیر عملی است ، می توان اندازه جمعیت را با ضرب تراکم جمعیت در مساحت یا حجم تخمین زد. رشد جمعیت در فواصل کوتاه مدت را می توان با استفاده از معادله نرخ رشد جمعیت ، که میزان تولد ، مرگ و مهاجرت را در نظر می گیرد ، تعیین کرد. در بلندمدت ، رشد نمایی یک جمعیت با رسیدن به ظرفیت حمل آن کند می شود ، که می توان با استفاده از معادله لجستیک مدل سازی کرد.ظرفیت حمل یک محیط حداکثر اندازه جمعیت گونه ای است که با توجه به غذا ، زیستگاه ، آب و سایر منابع موجود می تواند توسط آن محیط خاص تداوم یابد.

ظرفیت حمل و نقل یک جمعیت می تواند تحت تأثیر شرایط محیطی متغیری مانند تغییر در منابع در دسترس و هزینه نگهداری آنها قرار گیرد. در جمعیت های انسانی ، فن آوری های جدیدی مانند انقلاب سبز به افزایش ظرفیت حمل زمین برای انسان در طول زمان کمک کرده است ، که این امر تلاش پیش بینی ها برای کاهش قریب الوقوع جمعیت را مختل کرده است ، که معروف ترین آنها توسط توماس مالتوس در قرن ۱۸ بود. 

جوامع

جامعه گروهی از جمعیت های دو یا چند گونه مختلف است که همزمان در یک منطقه جغرافیایی اشغال می کنند. تعامل بیولوژیکی تأثیری است که یک جفت موجودات زنده در یک اجتماع بر یکدیگر دارند. آنها می توانند از یک گونه (فعل و انفعالات درون گونه) یا از گونه های مختلف (فعل و انفعالات بین گونه ای) باشند. این اثرات ممکن است کوتاه مدت باشند ، مانند گرده افشانی و شکار ، یا بلند مدت. هر دو اغلب بر تکامل گونه های درگیر تأثیر می گذارند. تعامل طولانی مدت را همزیستی می گویند. همزیستی از متقابل ، مفید برای هر دو شریک ، تا رقابت ، و مضر برای هر دو شریک است.

هر گونه به عنوان مصرف کننده ، منبع یا هر دو در تعامل بین مصرف کننده و منابع شرکت می کند که هسته زنجیره های غذایی یا شبکه های غذایی را تشکیل می دهد.سطوح مختلف تغذیه ای در هر شبکه غذایی وجود دارد که پایین ترین آنها تولید کنندگان اولیه (یا اتوتروف ها) مانند گیاهان و جلبک ها هستند که انرژی و مواد معدنی را به ترکیبات آلی تبدیل می کنند و سپس می توانند توسط سایر افراد استفاده شوند.

در سطح بعدی هتروتروف ها هستند ، گونه هایی که با تجزیه ترکیبات آلی از موجودات دیگر انرژی دریافت می کنند.هتروتروف هایی که گیاهان را مصرف می کنند مصرف کنندگان اصلی (یا گیاهخواران) هستند در حالی که هتروتروف هایی که گیاه خواران را مصرف می کنند مصرف کنندگان ثانویه (یا گوشتخواران) هستند. و کسانی که مصرف کنندگان ثانویه را مصرف می کنند ، مصرف کنندگان سوم و غیره هستند. هتروتروفهای همه چیز خوار قادر به مصرف در سطوح مختلف هستند. در نهایت ، تجزیه کننده هایی وجود دارند که از مواد زائد یا اجساد مرده موجودات تغذیه می کنند.

به طور متوسط ​​، مقدار کل انرژی موجود در زیست توده یک سطح تغذیه در واحد زمان حدود یک دهم انرژی سطح تغذیه ای است که مصرف می کند. ضایعات و مواد مرده مورد استفاده توسط تجزیه کننده ها و همچنین گرمای از دست رفته از متابولیسم نود درصد دیگر انرژی را که در سطح بعدی تغذیه مصرف نمی شود ، تشکیل می دهد.

زیست کره

در اکوسیستم جهانی (یا زیست کره) ، ماده به عنوان بخشهای متقابل متفاوتی وجود دارد که بسته به اشکال و مکان آنها می تواند زیستی یا غیر زنده و همچنین قابل دسترسی یا غیرقابل دسترسی باشد.به عنوان مثال ، مواد ناشی از اتوتروف های زمینی هم زیستی هستند و هم برای موجودات دیگر قابل دسترسی هستند در حالی که مواد موجود در سنگ ها و مواد معدنی غیر زنده و غیرقابل دسترسی هستند.

چرخه بیوژئوشیمیایی مسیری است که در آن عناصر خاصی از ماده در قسمتهای بیوتیکی (بیوسفر) و غیر زنده (لیتوسفر ، اتمسفر و هیدروسفر) زمین چرخانده یا جابجا می شوند. چرخه های بیوشیمیایی برای نیتروژن ، کربن و آب وجود دارد. در برخی از چرخه ها مخازنی وجود دارد که در آن ماده ای برای مدت طولانی باقی می ماند یا توقیف می شود.

تغییرات آب و هوایی شامل گرمایش جهانی ناشی از انتشار گازهای گلخانه ای ناشی از انسان و تغییرات گسترده در الگوهای آب و هوایی است. اگرچه دوره های قبلی تغییر اقلیم وجود داشته است ، اما از اواسط قرن بیستم انسانها تأثیر بی سابقه ای بر سیستم آب و هوایی زمین داشته و باعث تغییر در مقیاس جهانی شده اند.

بزرگترین عامل گرمایش ، انتشار گازهای گلخانه ای است که بیش از ۹۰ درصد آن دی اکسید کربن و متان است.سوزاندن سوخت های فسیلی (زغال سنگ ، نفت و گاز طبیعی) برای مصرف انرژی منبع اصلی این انتشارات است ، با کمک های اضافی از کشاورزی ، جنگل زدایی و تولید. افزایش دما با بازخوردهای آب و هوایی مانند از دست دادن برف و پوشش یخ منعکس کننده نور خورشید ، افزایش بخار آب (خود گازهای گلخانه ای) و تغییر در غرق های کربن در خشکی و اقیانوس تسریع یا تعدیل می شود.

حفاظت

زیست شناسی حفاظتی مطالعه حفاظت از تنوع زیستی زمین با هدف حفاظت از گونه ها ، زیستگاه ها و اکوسیستم های آنها از میزان انقراض بیش از حد و فرسایش فعل و انفعالات زیستی است.  این موضوع به عوامل موثر بر حفظ ، از بین رفتن و بازسازی تنوع زیستی و علم حفظ فرایندهای تکاملی که باعث ایجاد تنوع ژنتیکی ، جمعیت ، گونه ها و اکوسیستم می شود ، مربوط می شود.

این نگرانی از تخمین هایی ناشی می شود که نشان می دهد تا ۵۰ درصد از همه گونه های روی کره زمین در ۵۰ سال آینده ناپدید می شوند ، که به فقر ، گرسنگی کمک کرده و مسیر تکامل را در این سیاره باز می گرداند. تنوع زیستی بر عملکرد اکوسیستم ها تأثیر می گذارد ، که خدمات متنوعی را ارائه می دهند که مردم به آن وابسته هستند.

زیست شناسان حفاظتی در مورد روندهای از دست دادن تنوع زیستی ، انقراض گونه ها و تأثیر منفی آنها بر توانایی های ما برای حفظ رفاه جامعه بشری تحقیق و آموزش می دهند. سازمان ها و شهروندان از طریق برنامه های اقدام حفاظتی که به تحقیق ، نظارت و برنامه های آموزشی که در مقیاس جهانی نگرانی ها را درگیر می کند ، به بحران تنوع زیستی کنونی پاسخ می دهند.

جهت مطالعه موارد مرتبط با علوم پایه و دیگر:

• علم فیزیک و اصول آن
• علوم انسانی و موارد آن
• بررسی علم ریاضی و کلیت آن
• بررسی علم زمین شناسی
• علوم انسانی و موارد آن
• بررسی علم شیمی
• موسیقی و علم کلیت آن
• مهندسی مکانیک و آشنایی آن
• بررسی ساختار پالایشگاه ها
• بیماری ها در علوم پزشکی