التنظيم البيولوجي
التنظيم البيولوجي هو تنظيم الهياكل والأنظمة البيولوجية المعقدة التي تحدد الحياة باستخدام نهج اختزالي . [1] التسلسل الهرمي التقليدي، كما هو مفصل أدناه، يمتد من الذرات إلى المحيطات الحيوية . غالبًا ما يشار إلى المستويات الأعلى من هذا المخطط باسم مفهوم التنظيم البيئي ، أو المجال ، علم البيئة الهرمي.
يمثل كل مستوى في التسلسل الهرمي زيادة في التعقيد التنظيمي، حيث يتكون كل "كائن" في المقام الأول من الوحدة الأساسية للمستوى السابق. [2] المبدأ الأساسي وراء التنظيم هو مفهوم الظهور - الخصائص والوظائف الموجودة على المستوى الهرمي ليست موجودة وغير ذات صلة بالمستويات الأدنى.
إن التنظيم البيولوجي للحياة يشكل فرضية أساسية للعديد من مجالات البحث العلمي ، وخاصة في العلوم الطبية . وبدون هذه الدرجة الضرورية من التنظيم، سيكون من الصعب للغاية - وربما من المستحيل - تطبيق دراسة تأثيرات الظواهر الفيزيائية والكيميائية المختلفة على الأمراض وعلم وظائف الأعضاء (وظيفة الجسم). على سبيل المثال، لا يمكن أن توجد مجالات مثل علم الأعصاب الإدراكي والسلوكي إذا لم يكن الدماغ مكونًا من أنواع معينة من الخلايا، ولا يمكن أن توجد المفاهيم الأساسية لعلم الأدوية إذا لم يكن من المعروف أن التغيير على المستوى الخلوي يمكن أن يؤثر على الكائن الحي بأكمله. تمتد هذه التطبيقات إلى المستويات البيئية أيضًا. على سبيل المثال، يحدث التأثير الحشري المباشر لمادة DDT على المستوى دون الخلوي ، ولكنه يؤثر على مستويات أعلى تصل إلى أنظمة بيئية متعددة . من الناحية النظرية، يمكن أن يؤدي التغيير في ذرة واحدة إلى تغيير المحيط الحيوي بأكمله .
المستويات
المخطط التنظيمي البيولوجي القياسي البسيط، من المستوى الأدنى إلى المستوى الأعلى، هو كما يلي: [1]
| بالنسبة للمستويات الأصغر من الذرات، انظر الجسيمات دون الذرية | ||
| المستوى اللاخلوي والمستوى ما قبل الخلوي |
الذرات | |
| جزيء | مجموعات الذرات | |
| مجمع جزيئي حيوي | مجموعات الجزيئات (الحيوية) | |
| المستوى الفرعي للخلية | عضيات | المجموعات الوظيفية للجزيئات الحيوية والتفاعلات والتفاعلات الكيميائية الحيوية |
| المستوى الخلوي | خلية | الوحدة الأساسية لجميع أشكال الحياة وتجمع العضيات |
| المستوى فوق الخلوي (المستوى المتعدد الخلايا) |
منديل | المجموعات الوظيفية للخلايا |
| عضو | المجموعات الوظيفية للأنسجة | |
| نظام الأعضاء | المجموعات الوظيفية للأعضاء | |
| المستويات البيئية | الكائن الحي | النظام الحي الأساسي، وهو عبارة عن مجموعة وظيفية من المكونات ذات المستوى الأدنى، بما في ذلك خلية واحدة على الأقل |
| سكان | مجموعات من الكائنات الحية من نفس النوع | |
| نقابة | مجموعات من الكائنات الحية ذات النوع الواحد والتي تحمل نفس الوظيفة البيئية (أي الحيوانات العاشبة ). | |
| المجتمع (أو التعايش الحيوي ) |
النقابات من كافة المجالات البيولوجية ، وتفاعلاتها في موقع محدد. | |
| النظام البيئي | مجموعات من الكائنات الحية مرتبطة بالبيئة الطبيعية ( غير الحيوية ). | |
| البيئة | تجميع النظم البيئية على نطاق قاري (المناطق المتجاورة مناخيًا وجغرافيًا ذات الظروف المناخية المتشابهة). | |
| المحيط الحيوي أو المحيط البيئي |
كل أشكال الحياة على الأرض أو كل أشكال الحياة بالإضافة إلى البيئة الطبيعية (غير الحيوية) [3] | |
| بالنسبة للمستويات الأكبر من المحيط الحيوي أو المحيط البيئي، راجع موقع الأرض في الكون | ||
تتضمن المخططات الأكثر تعقيدًا مستويات أكثر بكثير. على سبيل المثال، يمكن النظر إلى الجزيء كمجموعة من العناصر ، ويمكن تقسيم الذرة إلى جسيمات دون ذرية (هذه المستويات خارج نطاق التنظيم البيولوجي). يمكن أيضًا تقسيم كل مستوى إلى تسلسل هرمي خاص به، ويمكن أن يكون للأنواع المحددة من هذه الكائنات البيولوجية مخططها الهرمي الخاص. على سبيل المثال، يمكن تقسيم الجينومات إلى تسلسل هرمي من الجينات . [4]
يمكن وصف كل مستوى في التسلسل الهرمي بمستوياته الأدنى. على سبيل المثال، يمكن وصف الكائن الحي عند أي من مستويات مكوناته، بما في ذلك المستويات الذرية والجزيئية والخلوية والنسيجية (الأنسجة) والأعضاء ونظام الأعضاء. وعلاوة على ذلك، تظهر في كل مستوى من مستويات التسلسل الهرمي وظائف جديدة ضرورية للتحكم في الحياة. هذه الأدوار الجديدة ليست وظائف تستطيع المكونات ذات المستوى الأدنى القيام بها، وبالتالي يشار إليها بالخصائص الناشئة .
كل كائن حي منظم، ولكن ليس بالضرورة بنفس الدرجة. [5] لا يمكن تنظيم الكائن الحي على المستوى النسيجي (الأنسجة) إذا لم يكن مكونًا من أنسجة في المقام الأول. [6]
ظهور التنظيم البيولوجي
يُعتقد أن التنظيم البيولوجي قد نشأ في عالم الحمض النووي الريبي المبكر عندما بدأت سلاسل الحمض النووي الريبي في التعبير عن الشروط الأساسية اللازمة لعمل الانتقاء الطبيعي كما تصوره داروين : الوراثة، وتنوع النوع، والمنافسة على الموارد المحدودة. من المحتمل أن تكون ملاءمة مكرر الحمض النووي الريبي (معدل الزيادة للفرد) دالة على القدرات التكيفية التي كانت جوهرية (بمعنى أنها تم تحديدها من خلال تسلسل النوكليوتيدات) وتوافر الموارد. [7] [8] ربما كانت القدرات التكيفية الأساسية الثلاثة هي (1) القدرة على التكرار بدقة معتدلة (مما يؤدي إلى كل من الوراثة وتنوع النوع)؛ (2) القدرة على تجنب الاضمحلال؛ و (3) القدرة على اكتساب ومعالجة الموارد. [7] [8] كانت هذه القدرات لتحدد في البداية من خلال التكوينات المطوية لمكررات الحمض النووي الريبي (انظر " الريبوزيم ") والتي بدورها سيتم ترميزها في تسلسلات النوكليوتيدات الفردية الخاصة بها. كان النجاح التنافسي بين مختلف مستنسخات الحمض النووي الريبي يعتمد على القيم النسبية لهذه القدرات التكيفية. وبالتالي، من المفترض أن النجاح التنافسي بين الكائنات الحية الأحدث على مستويات متعاقبة من التنظيم البيولوجي استمر في الاعتماد، بالمعنى الواسع، على القيم النسبية لهذه القدرات التكيفية.
الأساسيات
من الناحية التجريبية، تظهر نسبة كبيرة من الأنظمة البيولوجية (المعقدة) التي نلاحظها في الطبيعة بنية هرمية. وعلى أسس نظرية، يمكننا أن نتوقع أن تكون الأنظمة المعقدة هرمية في عالم حيث كان التعقيد لابد أن يتطور من البساطة. وقد أرسى تحليل التسلسل الهرمي للأنظمة الذي أُجري في الخمسينيات، [9] [10] الأسس التجريبية لمجال من شأنه أن يكون، منذ الثمانينيات، علم البيئة الهرمي . [11] [12] [13] [14] [15]
تتلخص الأسس النظرية في الديناميكا الحرارية. فعندما يتم نمذجة الأنظمة البيولوجية كأنظمة فيزيائية ، فإنها في تجريدها الأكثر عمومية عبارة عن أنظمة مفتوحة ترموديناميكية تظهر سلوكًا منظمًا ذاتيًا ، [16] ويمكن وصف علاقات المجموعة/المجموعة الجزئية بين الهياكل المبددة في تسلسل هرمي.
تم تقديم طريقة أبسط وأكثر مباشرة لشرح أساسيات "التنظيم الهرمي للحياة" في علم البيئة بواسطة أودوم وآخرين باعتبارها " مبدأ سيمون الهرمي"؛ [17] أكد سيمون [18] أن التسلسل الهرمي " ينشأ بشكل حتمي تقريبًا من خلال مجموعة واسعة من العمليات التطورية، للسبب البسيط وهو أن الهياكل الهرمية مستقرة ".
ولتحفيز هذه الفكرة العميقة، عرض "حكايته" عن صانعي الساعات الخياليين.
مثل صانعي الساعات كان هناك ذات يوم صانعا ساعات، يُدعيان هورا وتيمبوس، يصنعان ساعات فاخرة للغاية. كانت الهواتف في ورشتيهما ترن باستمرار؛ وكان العملاء الجدد يتصلون بهما باستمرار. ومع ذلك، ازدهرت أعمال هورا بينما أصبح تيمبوس أفقر فأفقر. وفي النهاية، خسر تيمبوس متجره. ما السبب وراء ذلك؟
كانت الساعات تتألف من حوالي 1000 جزء لكل منها. وكانت الساعات التي صنعها تيمبوس مصممة بحيث عندما كان عليه أن يضع ساعة مجمعة جزئيًا (على سبيل المثال، للرد على الهاتف)، كانت تتفكك على الفور إلى قطع وكان لابد من إعادة تجميعها من العناصر الأساسية.
كان هورا قد صمم ساعاته بحيث يستطيع تجميع مجموعات فرعية تتألف كل منها من حوالي عشرة مكونات. ويمكن تجميع عشرة من هذه المجموعات الفرعية لتكوين مجموعة فرعية أكبر. وأخيرًا، تشكل المجموعات الفرعية العشر الأكبر الساعة بأكملها. ويمكن تجميع كل مجموعة فرعية دون أن تتفكك.
انظر أيضا
ملحوظات
- ^ ab Solomon, Berg & Martin 2002، ص 9-10
- ^ بافيه 2006، ص 40
- ^ هوجيت 1999
- ^ بافيه 2006، ص 39
- ^ بوستليثويت وهوبسون 2006، ص. 7
- ^ Witzany, G (2014). "التنظيم الذاتي البيولوجي". المجلة الدولية للعلامات والأنظمة السيميائية . 3 (2): 1– 11. doi :10.4018/IJSSS.2014070101.
- ^ ab Bernstein, H; Byerly, HC; Hopf, FA; Michod, RA; Vemulapalli, GK (1983). "الديناميكية الداروينية". مجلة الأحياء الفصلية . 58 (2): 185– 207. doi :10.1086/413216. JSTOR 2828805. S2CID 83956410.
- ^ ab Michod RE. (2000) Darwinian Dynamics: Evolutionary Transitions in Fitness and Individuality. Princeton University Press, Princeton, New Jersey ISBN 0691050112
- ^ إيفانز 1951
- ^ إيفانز 1956
- ^ مارجاليف 1975
- ^ أونيل 1986
- ^ ويكين وأولانوفيتش 1988
- ^ بومين 2006
- ^ جوردان وجورجنسن 2012
- ^ بوكروفسكي، فلاديمير (2020). الديناميكا الحرارية للأنظمة المعقدة: المبادئ والتطبيقات . دار نشر IOP، بريستول، المملكة المتحدة.
- ^ سيمون 1969، ص 192-229
- ^ نصوص سيمون في doi :10.1207/S15327809JLS1203_4، polaris.gseis.ucla.edu/pagre/simon أرشيف 5 يوليو 2015، على موقع Wayback Machine أو johncarlosbaez/2011/08/29 النسخ المؤرشفة 2015-05-31 على موقع Wayback Machine
مراجع
- إيفانز، ف. ك. (1951)، "علم البيئة والبحث الحضري"، المجلة العلمية الشهرية (73)
- إيفانز، ف. س. (1956)، "النظام البيئي كوحدة أساسية في علم البيئة"، ساينس ، 123 (3208): 1127– 8، رمز Bibcode :1956Sci...123.1127E، doi :10.1126/science.123.3208.1127، PMID 17793430
- هوجيت، آر جيه (1999). "المجال البيئي، أو المجال الحيوي، أو غايا؟ ما هو اسم النظام البيئي العالمي. المسح البيئي". علم البيئة العالمي والجغرافيا الحيوية . 8 (6): 425-431 . doi :10.1046/j.1365-2699.1999.00158.x. ISSN 1466-822X.
- جوردان، ف.؛ يورغنسن، س. إ. (2012)، نماذج التسلسل الهرمي البيئي: من الجزيئات إلى الغلاف البيئي ، رقم ISBN 9780444593962
- Margalef، R. (1975)، “العوامل الخارجية واستقرار النظام البيئي”، Schweizerische Zeitschrift für Hydrologie ، 37 (1): 102– 117، بيب كود :1975AqSci..37..102M، دوى :10.1007 / BF02505181، hdl : 10261 / 337692 , S2CID 20521602
- أونيل، ر.ف. (1986)، مفهوم هرمي للنظم البيئية ، رقم ISBN 0691084378
- بافيه، ألان (2006)، "التنظيم الهرمي للأنظمة البيولوجية والبيئية"، في بومين، د. (محرر)، التسلسل الهرمي في العلوم الطبيعية والاجتماعية ، نيويورك، نيويورك : سبرينغر فيرلاغ ، رقم ISBN 978-1-4020-4126-6
- Postlethwait, John H.; Hopson, Janet L. (2006), Modern Biology , Holt, Rinehart and Winston , ISBN 0-03-065178-6
- بومين، د. (2006)، التسلسل الهرمي في العلوم الطبيعية والاجتماعية ، ISBN 978-1-4020-4127-3
- سيمون، ها (1969)، "هندسة التعقيد"، علوم التعقيد الاصطناعي ، كامبريدج ، ماساتشوستس: مطبعة معهد ماساتشوستس للتكنولوجيا
- سليمان، إلدرا ب. بيرج، ليندا ر. مارتن ، ديانا دبليو (2002)، علم الأحياء (الطبعة السادسة)، بروكس / كول ، ISBN 0-534-39175-3، LCCN 2001095366
- ويكين، جيه إس؛ أولانوفيتش، آر إي (1988)، "حول تحديد كمية الروابط الهرمية في علم البيئة"، مجلة الأنظمة الاجتماعية والبيولوجية ، 11 (3): 369-377 ، doi :10.1016/0140-1750(88)90066-8
روابط خارجية
فسيولوجيا الخلية (في فسيولوجيا الإنسان ) على ويكي الكتب- خصائص الحياة وطبيعة الجزيئات (في علم الأحياء العام ) على ويكي الكتب
- التنظيم داخل المحيط الحيوي (في علم البيئة ) في ويكي الكتب
- المناقشة النظرية / الرياضية لعام 2011.
