خلاصه درس فصل ۱ زیست دهم؛ درسنامه و نکات مهم

زیست‌شناسی یکی از علوم تجربی است؛ یعنی جانداران و فرایندهای زیستی را با تکیه بر شواهد بررسی می‌کند. پرسش‌هایی مثل «چرا بعضی یاخته‌ها سرطانی می‌شوند؟» یا «چگونه محصول گیاه را بیشتر کنیم؟» در همین حوزه‌اند.

مرز مهم این علم، مشاهده و اندازه‌گیری است. مشاهده همیشه دیدن با چشم نیست؛ گاهی با ابزار یا از روی آثار یک پدیده، آن را به‌طور غیرمستقیم بررسی می‌کنیم.

حالا به شیر فکر کن: مقدار مواد موجود در آن قابل اندازه‌گیری است، اما «خوشمزه بودن برای همه» یک واقعیت علمیِ همگانی نیست. می‌توان دربارهٔ پسند افراد داده جمع کرد، ولی این کار ثابت نمی‌کند شیر ذاتاً خوشمزه است. زیست‌شناسی دربارهٔ زیبایی و ارزش‌های اخلاقی یا هنری داوری نمی‌کند؛ این محدودیت به معنی بی‌ارزش بودن آن پرسش‌ها نیست.

یک دوچرخه را تصور کن: شناخت چرخ، زنجیر و رکاب لازم است، اما تا ندانی این اجزا چگونه به هم متصل‌اند، حرکت دوچرخه را توضیح نداده‌ای. در جانداران هم اجزا و ارتباط بین آنها اهمیت دارند. به همین دلیل جاندار را یک سامانه می‌دانیم.

در کل‌نگری، بررسی بخش‌ها کنار گذاشته نمی‌شود؛ بلکه ارتباط آنها هم بررسی می‌شود. پس جملهٔ «کل بیشتر از مجموع اجزاست» یعنی کنار هم بودن و تعامل اجزا، ویژگی‌هایی پدید می‌آورد که با شناخت جداگانهٔ آنها به‌تنهایی توضیح داده نمی‌شوند.

ویژگی دیگر زیست‌شناسی نوین، نگرش بین‌رشته‌ای است. برای نمونه، بررسی ژن‌ها فقط به دانستن زیست‌شناسی نیاز ندارد؛ علوم رایانه به پردازش اطلاعات و آمار به تحلیل داده‌ها کمک می‌کنند. کل‌نگری دربارهٔ نگاه به سامانه است، اما بین‌رشته‌ای بودن دربارهٔ استفاده از دانش رشته‌های گوناگون است.

پژوهش زیستی می‌تواند داده‌های فراوانی تولید کند. فناوری‌های اطلاعاتی و ارتباطی کمک می‌کنند این داده‌ها جمع‌آوری، بایگانی و تحلیل شوند و محاسبات سریع‌تر انجام بگیرند. این نقش با تغییر دادن ویژگی جاندار فرق دارد.

مهندسی ژنتیک مجموعه‌ای از روش‌های آزمایشگاهی برای تغییر محتوای دنا و ایجاد صفت جدید است. مثلاً پژوهشگران با انتقال ژن، بزهایی تولید کرده‌اند که پروتئین تار عنکبوت در شیرشان ساخته می‌شود. دقت کن: آنچه ساخته می‌شود پروتئین تار عنکبوت است، نه اینکه بز شروع به تنیدن تار کند!

اما توانایی انجام یک کار، به‌تنهایی مجوز انجام آن نیست. اخلاق زیستی به موضوع‌هایی مانند محرمانه ماندن اطلاعات ژنی و پزشکی و حقوق جانوران توجه دارد. امکان سوءاستفاده، مانند تولید سلاح زیستی، نیز ضرورت قانون‌گذاری را نشان می‌دهد. پس پیشرفت زیست‌شناسی باید همراه با مسئولیت‌پذیری باشد.

غذای انسان مستقیم یا غیرمستقیم به گیاهان وابسته است؛ حتی وقتی فراوردهٔ جانوری می‌خوریم، گیاهان در زنجیرهٔ تأمین آن نقش دارند. بنابراین شناخت گیاهان می‌تواند به افزایش مقدار غذا و بهتر شدن ارزش غذایی آن کمک کند.

برای افزایش محصول، فقط خودِ گیاه را نبین! دما، نور و رطوبت از عوامل غیرزنده‌اند و باکتری‌ها، قارچ‌ها و حشرات از عوامل زندهٔ محیط آن هستند. شناخت رابطه‌های سودمند و زیانمند این عوامل با گیاه، راهنمای بهتری برای افزایش محصول است.

زندگی انسان به بوم‌سازگان‌ها هم وابسته است. منابع و فایده‌هایی که از آنها می‌گیریم، خدمات بوم‌سازگان نام دارند و میزان این خدمات به میزان تولیدکنندگان وابسته است. حفاظت و بازسازی بوم‌سازگان‌ها به حفظ این خدمات کمک می‌کند. برای نمونه، تخریب جنگل فقط از دست رفتن چوب نیست؛ می‌تواند با فرسایش خاک، سیل و کاهش تنوع زیستی همراه شود.

زیست‌شناسی در تأمین انرژی هم نقش دارد. مصرف سوخت‌های فسیلی به افزایش کربن دی‌اکسید جو، آلودگی هوا و گرمایش زمین کمک می‌کند؛ به همین دلیل به منابع پایدارتر و پاک‌تر نیاز داریم. زیست‌شناسان می‌توانند تولید سوخت‌های زیستی، مانند گازوئیل زیستیِ حاصل از دانه‌های روغنی، را بهبود دهند.

یک تفاوت مهم را به خاطر بسپار: سوخت فسیلی هم منشأ زیستی دارد، اما اصطلاح امروزی «سوخت زیستی» برای سوخت حاصل از جانداران امروزی به کار می‌رود. این نام به معنی بی‌زیان بودن کامل سوخت نیست و پیامدهای آن همچنان باید بررسی شود.

در سلامت نیز پزشکی شخصی رو به گسترش است. در این روش، پزشک علاوه بر وضعیت بیمار، اطلاعات دنای او را بررسی می‌کند تا روش درمانی و دارویی متناسب با همان فرد طراحی شود. پس شخصی بودن فقط به معنی توجه بیشتر به بیمار نیست؛ استفاده از اطلاعات دنای او هم بخش مهم این روش است.

برای شناخت حیات، دنبال یک نشانۀ تنها نمی‌گردیم؛ جانداران هفت ویژگی را با هم دارند. ابتدا سه ویژگی را ببینیم.

نظم و ترتیب: پیکر جانداران سازمان‌یافته است؛ یعنی اجزای آن‌ها بی‌نظم کنار هم قرار نگرفته‌اند. کمی بعد، سطح‌های این سازمان‌یابی را دنبال می‌کنیم.

هم‌ایستایی: با وجود تغییر محیط، وضعیت درونی جاندار در محدوده‌ای نسبتاً ثابت نگه داشته می‌شود. مثلاً افزایش سدیم خون با افزایش دفع آن از راه ادرار همراه می‌شود. پس هم‌ایستایی به‌معنای بی‌حرکت یا بی‌تغییر بودن بدن نیست؛ برای حفظ پایداری، فعالیت انجام می‌شود.

رشد و نمو: رشد، افزایش برگشت‌ناپذیر اندازه یا تعداد یاخته‌هاست؛ اما نمو، رفتن از یک مرحلۀ زندگی به مرحلۀ دیگر است. بزرگ‌تر شدن گیاه را با گل دادن آن یکی ندان: گل دادن نمونه‌ای از نمو است.

چهار ویژگی دیگر، تصویر ما از جانداران را کامل می‌کنند.

جذب و استفاده از انرژی: گنجشک با خوردن غذا انرژی می‌گیرد و آن را برای کارهایی مثل پرواز به کار می‌برد؛ بخشی از انرژی هم به‌شکل گرما از دست می‌رود.

تولیدمثل: جانداران، جاندارانی کم‌وبیش شبیه خود پدید می‌آورند؛ مثلاً از یوزپلنگ، یوزپلنگ زاده می‌شود.

پاسخ به محیط: محرک محیطی می‌تواند پاسخ جاندار را در پی داشته باشد؛ مانند خم شدن ساقه به‌سوی نور.

سازش با محیط: ویژگی‌هایی مانند پوستک ضخیم برگ گیاهان بومی مناطق خشک، به ماندگاری جمعیت در محیط کمک می‌کنند. این را با پاسخ به یک محرک یکی ندان. خم شدن ساقه به نور، مثال پاسخ است؛ پوستک ضخیم گیاهان مناطق خشک، مثال سازش.

حالا روی سازمان‌یابی حیات زوم کنیم. پایین‌ترین سطح، یاخته است و همۀ جانداران از یاخته ساخته شده‌اند. در جانداران دارای بافت و اندام، مسیر را این‌طور دنبال می‌کنیم:

یاخته ← بافت ← اندام ← دستگاه ← فرد

تعدادی یاخته یک بافت می‌سازند و چند بافت مختلف در ساخت یک اندام شرکت می‌کنند. برای مثال، استخوانِ نشان‌داده‌شده در کتاب یک اندام است، نه فقط یک بافت. چند اندام نیز یک دستگاه می‌سازند؛ ماهیچه‌ها و استخوان‌ها در دستگاه حرکتی شرکت دارند. گوزن کامل، یک فرد است.

دقت کن: این زنجیره به‌معنای داشتن بافت و دستگاه در همۀ جانداران نیست؛ آنچه دربارۀ همۀ آن‌ها می‌گوییم، ساخته شدن از یاخته است.

از یک گوزن فراتر برویم. گونه گروهی از جانداران شبیه به هم است که می‌توانند از راه تولیدمثل، زاده‌هایی شبیه خود با توان زنده‌ماندن و تولیدمثل به وجود آورند؛ پس شباهت ظاهری به‌تنهایی کافی نیست.

افراد یک گونه در زمان و مکانی مشخص، جمعیت می‌سازند. جمعیت‌های گوناگونِ در تعامل، اجتماع هستند. وقتی عوامل غیرزنده، مثل آب و خاک، و تأثیرهای متقابلشان با اجتماع را هم در نظر بگیریم، به بوم‌سازگان می‌رسیم.

چند بوم‌سازگان با اقلیم و پراکندگی جانداران مشابه، زیست‌بوم می‌سازند. همۀ زیست‌بوم‌های زمین نیز در زیست‌کره جای می‌گیرند.

مسیر را یک‌بار بخوان: فرد ← جمعیت ← اجتماع ← بوم‌سازگان ← زیست‌بوم ← زیست‌کره. در هر گام، دامنۀ بررسی گسترده‌تر می‌شود.

تا اینجا از یاخته به زیست‌کره رفتیم؛ اکنون دوباره به درون یاخته نگاه کنیم. چهار گروه اصلی مولکول‌های تشکیل‌دهندۀ یاخته، کربوهیدرات‌ها، لیپیدها، پروتئین‌ها و نوکلئیک اسیدها هستند. این مولکول‌ها در جانداران ساخته می‌شوند و مولکول‌های زیستی نام دارند.

فعلاً هدف این است که نام این چهار گروه و ارتباطشان با یاخته را بشناسی؛ بررسی بیشتر آن‌ها در ادامۀ کتاب می‌آید. یک مرز مهم را هم نگه دار: مولکول زیستی، مادۀ تشکیل‌دهندۀ یاخته است، اما پایین‌ترین سطح سازمان‌یابی حیات در این درس، خودِ یاخته است. بنابراین «کوچک‌تر بودن از یاخته» به‌معنای «یک سطح پایین‌تر حیات بودن» نیست.

برای شناخت کربوهیدرات‌ها، از واحدهای کوچک شروع کن. این مولکول‌ها از کربن، هیدروژن و اکسیژن ساخته شده‌اند. مونوساکارید ساده‌ترین نوع آن‌هاست؛ گلوکز و فروکتوز هرکدام شش کربن دارند و ریبوز پنج کربن دارد.

با پیوند دو مونوساکارید، دی‌ساکارید ساخته می‌شود: ساکارزِ شکر خوراکی از گلوکز و فروکتوز، و مالتوزِ موجود در جوانۀ گندم و جو از دو گلوکز تشکیل می‌شود. لاکتوز هم دی‌ساکاریدِ معروف به قند شیر است.

وقتی تعداد زیادی واحد به هم متصل شوند، پلی‌ساکارید داریم. نشاسته، سلولز و گلیکوژن همگی از واحدهای فراوان گلوکز ساخته شده‌اند، اما نقش یکسانی ندارند. نشاسته را در سیب‌زمینی و غلات می‌یابیم؛ سلولز گیاهی در کاغذسازی و تولید بعضی پارچه‌ها کاربرد دارد. گلیکوژن در جانوران و قارچ‌ها ساخته می‌شود و در کبد و ماهیچۀ جانوران، ذخیرۀ گلوکز است.

لیپیدها هم کربن، هیدروژن و اکسیژن دارند، اما نسبت این عناصر در آن‌ها با کربوهیدرات‌ها متفاوت است. پس فقط نام عناصر برای تشخیص این دو گروه کافی نیست.

تری‌گلیسرید را با یک گلیسرول و سه اسید چرب به خاطر بسپار. روغن‌ها و چربی‌ها از این گروه‌اند و برای ذخیرۀ انرژی اهمیت دارند. از جرم برابر تری‌گلیسرید و کربوهیدرات، تری‌گلیسرید حدود دو برابر انرژی تولید می‌کند.

فسفولیپید ساختاری شبیه تری‌گلیسرید دارد، اما گلیسرول آن به دو اسید چرب و یک گروه فسفات متصل است. فسفولیپیدها بخش اصلی غشای یاخته را می‌سازند؛ بنابراین همۀ لیپیدها صرفاً ذخیرۀ انرژی نیستند.

کلسترول هم لیپید است و در ساخت غشای یاخته‌های جانوری و انواعی از هورمون‌ها نقش دارد. برای مرور، کنار هر نام یک نقش بنویس: تری‌گلیسرید، ذخیرۀ انرژی؛ فسفولیپید، ساخت غشا؛ کلسترول، غشا و هورمون.

پروتئین را مانند زنجیره‌ای در نظر بگیر که واحدهای سازندۀ آن آمینواسیدها هستند. با پیوستن این واحدها به یکدیگر، پروتئین ساخته می‌شود. پروتئین‌ها علاوه بر کربن، هیدروژن و اکسیژن، نیتروژن هم دارند.

نقش پروتئین‌ها فقط ساختن بخشی از بدن نیست. هنگام حرکت، پروتئین‌ها در انقباض ماهیچه نقش دارند؛ در خون به انتقال مواد کمک می‌کنند و در غشای یاخته نیز می‌توانند به عبور مواد کمک کنند.

یک نقش مهم دیگر، عملکرد آنزیمی است: آنزیم‌ها سرعت واکنش‌های شیمیایی را افزایش می‌دهند. بنابراین، وقتی نام آنزیم را می‌بینی، در این درس دو ارتباط را به یاد بیاور: از نظر جنس، پروتئین است؛ از نظر کار، واکنش را سریع‌تر می‌کند. اشتباه نکن: همۀ پروتئین‌ها یک کار ندارند و نباید همۀ آن‌ها را فقط آنزیم دانست.

گروه چهارم، نوکلئیک اسیدها هستند. این مولکول‌ها کربن، هیدروژن، اکسیژن، نیتروژن و فسفر دارند. دنا، که از سال‌های قبل می‌شناسی، یکی از اعضای این گروه است و اطلاعات وراثتی را نگه می‌دارد.

برای روشن شدن تفاوت نقش‌ها، به دو عبارت توجه کن: «ذخیرۀ گلوکز» و «ذخیرۀ اطلاعات وراثتی». اولی به گلیکوژن مربوط است؛ دومی به دنا. پس واژۀ «ذخیره» به‌تنهایی برای تشخیص مولکول کافی نیست؛ باید بپرسی چه چیزی ذخیره می‌شود.

همچنین دنا را با پروتئین اشتباه نگیر. در این درس، آمینواسید را به ساخت پروتئین و دنا را به نگهداری اطلاعات وراثتی پیوند می‌دهیم. این ارتباط‌های کوتاه کمک می‌کنند چهار گروه مولکول‌های زیستی را براساس ویژگی و نقششان از هم جدا کنی.

یاخته را یک کارگاه کوچک زنده تصور کن؛ بخش‌هایش کارهای متفاوت اما هماهنگ دارند. هسته با داشتن دنا، اطلاعات لازم برای تعیین صفات را نگه می‌دارد و فعالیت‌های یاخته را کنترل می‌کند. پوشش هسته دو غشا دارد و منافذ آن راه ارتباط با سیتوپلاسم‌اند. هستکِ درون هسته در ساخت رناتن نقش دارد.

سیتوپلاسم فضای میان هسته و غشای یاخته را پر می‌کند و شامل مادهٔ زمینه و اندامک‌هاست؛ پس فقط یک مایع ساده نیست. رناتن پروتئین می‌سازد. شبکهٔ آندوپلاسمی زبر رناتن دارد و در ساخت پروتئین نقش دارد؛ نوع صاف رناتن ندارد و در ساخت لیپیدها نقش دارد.

گلژی مواد را بسته‌بندی و به ترشح آنها کمک می‌کند؛ راکیزه انرژی فراهم می‌کند؛ کافنده‌تن آنزیم‌های تجزیه‌کننده دارد؛ ریزکیسه مواد را جابه‌جا می‌کند و میانک در تقسیم یاخته نقش دارد. مثل یک کارگاه، «ساختن»، «بسته‌بندی» و «تأمین انرژی» کار یک بخش نیستند.

غشای یاخته مرز درون و بیرون است، اما دیوار نفوذناپذیر نیست؛ بعضی مواد از آن می‌گذرند و بعضی نه. این ویژگی را نفوذپذیری انتخابی می‌نامیم. غشا دو لایه فسفولیپید دارد و پروتئین و کلسترول در آن قرار گرفته‌اند. اتصال کربوهیدرات به لیپید، گلیکولیپید و اتصال آن به پروتئین، گلیکوپروتئین می‌سازد.

پخش شدن بوی عطر را به یاد بیاور: حرکت خالص مولکول‌ها از جای پرغلظت به کم‌غلظت، انتشار است. مولکول‌ها خودشان انرژی جنبشی دارند؛ پس در عبور انتشاری، یاخته انرژی مصرف نمی‌کند. در انتشار ساده، موادی مانند اکسیژن و کربن دی‌اکسید از غشا می‌گذرند.

در انتشار تسهیل‌شده، پروتئین غشا به عبور ماده کمک می‌کند. جهت حرکت همچنان از پرغلظت به کم‌غلظت است و یاخته انرژی مصرف نمی‌کند. بنابراین حضور پروتئین لزوماً به معنای مصرف انرژی نیست.

حالا دو طرف یک غشای دارای تراوایی نسبی را تصور کن: یک طرف آب خالص و طرف دیگر محلول شکر است. اگر فقط آب بتواند عبور کند، جابه‌جایی خالص آب به سوی محلول شکر خواهد بود؛ چون در آن سمت، تعداد مولکول‌های آب در واحد حجم کمتر است. این انتشار آب از غشا، اسمز نام دارد.

برای متوقف کردن کامل اسمز باید فشار وارد کرد؛ مقدار فشار لازم، فشار اسمزی محلول است. در مقایسهٔ این دو محیط، محلول شکر فشار اسمزی بیشتری دارد. پس آب به‌طور خالص از محیط با فشار اسمزی کمتر به محیط با فشار اسمزی بیشتر می‌رود.

در بدن سالم، فشار اسمزی مایع اطراف یاخته‌ها تقریباً با درون آنها برابر است؛ بنابراین آب بیش از اندازه وارد یاخته‌ها نمی‌شود. این به معنای توقف حرکت تک‌تک مولکول‌های آب نیست؛ مهم، جهت و مقدار جابه‌جایی خالص آب است.

گاهی یاخته باید ماده‌ای را از سمت کم‌غلظت به سمت پرغلظت ببرد؛ یعنی برخلاف مسیر انتشار. این کار شبیه بالا بردن بار از سربالایی است: کمک و انرژی لازم دارد. در انتقال فعّال، پروتئین غشا با مصرف انرژی ماده را برخلاف شیب غلظت جابه‌جا می‌کند. این انرژی می‌تواند از $\mathrm{ATP}$ تأمین شود؛ شکلی رایج برای تأمین انرژی فعالیت‌های یاخته.

ذره‌های بزرگ مسیر دیگری دارند. در درون‌بری، غشا ذره را دربرمی‌گیرد و با تشکیل ریزکیسه آن را وارد یاخته می‌کند. در برون‌رانی، ریزکیسه به غشا می‌پیوندد و محتوای خود را بیرون می‌ریزد. هر دو فرایند به انرژی نیاز دارند.

پس دو پرسش راهنما داشته باش: «ماده در کدام جهتِ شیب غلظت حرکت می‌کند؟» و «آیا جابه‌جایی با ریزکیسه انجام می‌شود؟» هر جابه‌جایی انرژی‌خواه را نباید انتقال فعّال نامید؛ درون‌بری و برون‌رانی سازوکار جداگانه‌ای دارند.

حالا از یک یاخته به بافت برسیم. اندام‌های بدن ترکیبی از چهار نوع بافت‌اند، نه مجموعه‌ای از فقط یک نوع بافت.

پوششی: سطح بدن، حفره‌ها و مجاری را می‌پوشاند. یاخته‌هایش نزدیک هم‌اند و فضای بین‌یاخته‌ای کمی دارند. غشای پایه، شبکه‌ای پروتئینی و گلیکوپروتئینی است که به اتصال آنها به هم و به بافت زیرین کمک می‌کند. پوشش‌ها سنگ‌فرشی، مکعبی یا استوانه‌ای و یک‌لایه یا چندلایه‌اند؛ مانند سنگ‌فرشی یک‌لایهٔ مویرگ و چندلایهٔ مری.

پیوندی: یاخته‌ها، رشته‌های پروتئینی و مادهٔ زمینه‌ای دارد. نوع سست معمولاً از پوششی پشتیبانی می‌کند. نوع متراکم نسبت به سست، کلاژن بیشتر، یاخته‌های کمتر و مادهٔ زمینه‌ای اندک دارد؛ بنابراین مقاوم‌تر است و در زردپی و رباط دیده می‌شود. بافت چربی ذخیرهٔ بزرگ انرژی، ضربه‌گیر و عایق حرارتی است. خون، استخوان و غضروف نیز پیوندی‌اند.

ماهیچه‌ای: با انقباض کار می‌کند و سه نوع اسکلتی، قلبی و صاف دارد؛ حرکت دست، تپش قلب و حرکات دیوارهٔ روده نمونه‌هایی از کار آنهاست.

عصبی: نورون‌ها یاخته‌های اصلی آن‌اند و با یاخته‌های دیگر ارتباط دارند؛ مثلاً ماهیچه را برای انقباض تحریک می‌کنند. در شکل نورون، جسم یاخته‌ای، دارینه‌ها و آسه را می‌بینی. حرکت دست نتیجهٔ همکاری بافت‌هاست، نه کار تنهای ماهیچه.