زیست‌شناسی دانشی است که در آن ویژگی‌های موجودات زنده را مورد بحث و بررسی قرار می‌دهند، تا آن‌ها را بهتر بشناسند و سرانجام به توصیف جامعی از مفهوم حیات دست یابند.

با آنکه تشخیص موجود زنده از موجود غیر زنده بسیار بدیهی به نظر می‌رسد ولی توصیف مفهوم حیات بسیار مشکل است، آنچه را که حیات می‌گوییم در واقع نمودهای تجربی اعمال تمام موجودات زنده‌ای است که در همه جای کره زمین پراکنده شده‌اند. به سختی می‌توانیم جایی را روی کره زمین پیدا کنیم که خالی از موجود زنده و آثار حال و گذشته آن باشد. چنار و شبدر و اسب و پروانه و… مثالهایی از هزاران هزار موجود زنده طبیعت پیرامون ما هستند. اضافه بر این، بسیاری از اشیا مانند میز، مداد، کیف و کتاب نیز آثار موجوداتی هستند که پیشتر زنده بوده‌اند.

اگر بیشتر دقت کنیم به خوبی در می‌یابیم که زیست‌شناسی تجربه‌ای است روزمره که با سرگرمیها، مشغله‌ها و تخصص¬های ما نیز آمیخته است تا آنجا که برای حل مشکلات روز و ماه و سال خود از آن مدد می‌گیریم. برای بهبود کیفیت غذا، تهیه گیاهان پرتولید، پرواربندی دام، جلوگیری از فرسایش خاک، پاکیزگی محیط‌زیست و برای بهداشت جسم و روان و… از اصول دانش زیست‌شناسی استفاده می‌کنیم.

پرورش دهندگان زنبور عسل، کارشناسان آزمایشگاههای تشخیص طبی، عرضه کنندگان سبزی، میوه، گوشت و… آن‌ها که می‌خواهند بدانند گیاهان گلدان و یا باغچه‌هایشان به چه مقدار آب و در چه مواقعی نیاز دارد، یا می‌خواهند بدانند که با انگلهای روی بدن گاو و گوسفند خود چه باید بکنند، یا می‌خواهند بدانند که فلان قارچ سمی است یا خوراکی، یا… در اصل باید از دانش زیست‌شناسی استفاده کنند.

خلاصه کلام، هر پدیده یا موجودی که آثاری از حیات دارد، موضوع دانش زیست‌شناسی است. اینکه مثلا چرا سنگ زنده نیست و گلسنگ زنده است به دانش زیست‌شناسی مربوط می‌شود. نشانه‌های زنده بودن که در سنگ دیده نمی‌شود ولی در گلسنگ وجود دارد، چیست؟ و از کجا می‌آید؟ زندگی یک فرد به تنهایی و زندگی افراد زنده در جمع چه پدیده‌های متفاوتی دارد؟ در یک جاندار کوچک ذره بینی، در یک عضو، در یک گیاه، یک انسان، یک جنگل، یک شهر و در کل جهان زنده، زندگی با چه نوع آثاری همراه است؟

می‌بینید که سؤالاتی از این قبیل بسیار است که در هر حال زیست‌شناسی برای جواب به آن‌ها می‌کوشد. پس زیست شناسی دانشی است که : وضعیتها، علل، عوامل و راههای بروز آثار حیات را در سطوح مختلف جانداران بررسی می کند و به تحقیق درباره ابهامها و مسائل آن می پردازد و راه حل ارائه می دهد. هر بررسی و تحقیق علمی، با امکانها و ابزارهای لازم و از روی برنامه و روش علمی انجام می شود. روش تحقیق در زیست شناسی نیز چنین است.

روش علمی در زیست شناسی

اگر گلهای باغچه شما پژمرده، یا ماهیهای حوض خانه تان افسرده به نظر آیند، آیا شما را به فکر چاره نمی اندازد؟ وقتی به اینگونه مسائل برمی خورید، برای حل آنها احتمالا «روش علمی» به کار می برید! روش علمی با «مسئله یابی» یا «تشخیص مسئله» آغاز می شود.

در مثال بالا مشاهده پژمردگی گل یا افسردگی ماهی در واقع «تشخیص یک مسئله علمی» است. بعد از یافتن مسئله باید در «چرا»یی آن بیشتر اندیشه کنیم که به این امر تحقیق در مسئله گویند. چرا گلهای باغچه پژمرده‌اند؟ آیا پژمردگی در همه آنها یکسان است؟ چرا یکی از گلها اصلا پژمرده نشده است؟ با دقت در یک مسئله و جمع آوری اطلاعات بیشتر درباره آن معمولا احتمالاتی درباره پیدا شدن آن مسئله داده می شود که به آن فرضیه گویند : «ممکن است گلها به یک اندازه آب نخورده باشند. چون قبلا هم این اتفاق روی داده است.» این فرضیه باید با روش مناسب آزمایش شود و نتیجه آزمایش و مقایسه آن با نمونه شاهد مشخص می کند که فرضیه درست بوده است یا نه؟ این بار وقتی گلها را سیراب می کنیم چون دفعات گذشته پژمردگی گلها برطرف نمی شود (داده) و فرضیه مردود می شود. چرا این بار پژمردگی گلها با آبیاری برطرف نشد؟ آیا گلها مسموم شده‌اند؟ یا ممکن است «آب پاش» کنار بشکه کمی به نفت آلوده شده باشد؟ حالا باید برای اثبات این فرضیه جدید آزمایش دیگری ترتیب دهیم. اگر در آزمایشهای مکرر، صحت فرضیه ای به اثبات رسید، به آن «نظریه» گویند. «نظریه» این است که «اگر گلهای باغچه به نفت آلوده و مسموم شده باشند به سادگی به حال سلامت باز نمی گردند». این نظریه گرچه قابل تعمیم است ولی قطعی نبوده و نسبی است. به ویژه با مطالعه ساختمان و رفتار سلولهای تشکیل دهنده و اندامهای مختلف بوته گل در حالات سلامت و مسمومیت می توان به نظریه قطعی تری رسید.

بنابر این مراحل روش علمی به طور خلاصه عبارتند از : تشخیص مسئله، تحقیق در مسئله، ایجاد فرضیه، آزمایش فرضیه (و مقایسه با نمونه شاهد)، نتیجه گیری، تعمیم نتیجه، ارائه نظریه، تکمیل نظریه و استفاده از نظریه در حل مسائل زیستی. حتما توجه دارید که مراحل روش علمی که ذکر شد خاص زیست شناسی نیست و متعلق به همه شعب علوم تجربی است.

خلاصه روش علمی و مراحل آن را در جدول زیر ملاحظه می کنید.

روش علمی

شامل مراحل متوالی است که برای یافتن پاسخ به مشکل یا مسئله ای بکار می رود.

در طرح زیر مراحل روش علمی آمده است.

۱- مسئله

تشخیص: برای کسانی که تفکر علمی دارند اغلب با مشاهده پدیده ای، پرسشی مطرح می شود.

تحقیق: جمع آوری اطلاعات و کوششهایی است که قبلا در پاسخ به پرسش مورد نظر صورت گرفته است.

۲- فرضیه

پاسخهای منطقی و ممکن به مسئله ای است که باید آزمایش شود تا درستی یا نادرستی آن روشن شود .

۳- آزمایش

آزمون یک فرضیه با به کار بردن مراحلی است که شرایط آن‌ها کنترل شده است.

متغیر: عاملی است که می‌تواند سبب تغییر مشاهده در آزمایش شود.

شاهد: نمونه‌ای است که با آن نتایج حاصل از آزمایش مقایسه می‌شود.

داده‌ها: واقعیتها یا اندازه گیریهای ثبت شده حاصل از یک آزمایش می‌باشند.

۴- نتیجه گیری

بررسی و جمع بندی واقعیتهای حاصل از آزمایش است که فرضیه مورد آزمایش را رد یا تأیید می‌کند. در صورت رد یک فرضیه به ایجاد و آزمایش فرضیه دیگری می‌پردازیم.

۵- تئوری (نظریه)

فرضیه‌ای است که توسط دانشمندان زیادی بارها و بارها آزمایش شده و به نتایج مشابهی رسیده است.

نظریه‌های علوم زیستی

حقیقت این است که بسیاری از نظریه‌ها در عمل دوام زیادی نمی‌آورند. ولی برخی از آن‌ها که از پشتوانه تجربه‌ها و آزمایشهای قوی‌تری برخوردارند و بارها و بارها به اثبات می‌رسند، بنیاد محکمتری می‌گیرند. پس نظریه‌ها به «درجه‌ها» پذیرفتنی هستند. مثلا در فصلهای بعد خواهید دید که نظریه سلولی را امروزه به عنوان یک نظریه قطعی کاملا پذیرفته‌اند. ولی همه نظریه‌ها مقامی چون مقام نظریه سلولی به دست نمی‌آورند.

در بیشتر موارد تکرار تجربه‌ها و تفسیر آزمایشها برای بالا بردن درجه قطعیت یک نظریه قرین به توفیق کامل نیست و حتی تا حدودی بی سرانجام است. تضادهایی که در نتایج آزمایشها و تجربه‌ها پیدا می‌شوند معمولا توجه محقق را به نقایص موجود در روش تحقیق او متمرکز می‌سازد و این امر خود به خود معماهای تازه‌ای پیش می‌آورد که حل آن‌ها موکول به تحقیق دوباره می‌شود و تحقیق دوباره هم فرضیه و آزمایش دوباره می‌طلبد! (حل یک مسئله و پیامدهای آن، همانند رسیدن به قله بلندی است که دیدگاههای جدیدی را آشکار می‌کند که پیش از آن ناپیدا بوده‌اند. در نتیجه چنین دور بی پایان و پر دردسر، معلوماتی پیچیده، وسیع و پیوسته در حال تغییر به کندی به وجود می‌آید که آنرا «مجموعه نظریه‌های علمی» می‌نامیم. اکتشاف و اشاعه این مجموعه در جهان، همواره و همچنان «وقت گیر» بوده و هست ولی هیچگاه و هرگز «چشمگیر» نبوده و نخواهد بود؛ به ویژه پدیده‌های زیستی که از نوع پیچیده ترین پدیده‌ها در طبیعت اند، چند بار بر این «وقت گیر بودن» و «چشمگیر نبودن» افزودهاند. به همین دلیل زیست شناسان در تاریخ علم، نظر به گنجینه عظیم اطلاعات علمی‌که برجا گذارده‌اند، در زمره ناشناخته ترین، فداکارترین، پرحوصله ترین و کمیاب ترین انسانهای دانشمند قلمداد شده‌اند.

زیست‌شناسی و کاربردها

اگر وسعت دانش زیست‌شناسی را در نظر بگیریم، شامل رشته‌های متعددی خواهد بود که همه آن‌ها در اساس با برنامه و روش علمی‌خاصی که از آن یاد گردید سر و کار دارند. امروزه در همه این رشته‌ها امکانات و ابزارهای مطالعاتی فراوانی به کار می‌روند که فقط ذکر نام آن‌ها ممکن است صفحاتی بیش از همه صفحات این کتاب را پر کند. ولی می‌توان گفت که روش‌ها و ابزارهای مطالعاتی مذکور، در محدوده‌های کلی زیر قرار دارند:

۱- روش‌ها و ابزارهای مربوط به بررسی شکل و ساختمان اجرای ماده زنده (به طور عمده شامل جنبه‌های میکروسکوپی است).

۲- روش‌ها و ابزارهای مربوط به بررسی شیمیایی و مولکولی موجودات زنده.

۳- روش‌ها و ابزارهای مربوط به بررسی اعمال و پدیده‌های زیستی در سطوح: سلولی، فردی و بیوسفر.

به طوری که ضمن مطالعه فصول مختلف این کتاب هم در خواهید یافت، مسلما هر یک از رشته‌های زیست‌شناسی و هر مبحثی از مبحثهای گوناگون آن به تفاوت مواردی از سه محدوده کلی فوق را به خدمت گرفته و در نتیجه کاربری‌های مفیدی را به جامعه بشری ارائه داده است، مثلا:

۱- در تشریح و فیزیولوژی گیاهی یا جانوری که در رشته نسبتا قدیمی زیست‌شناسی هستند (در تشریح، ساختمان بدن موجود زنده، و در فیزیولوژی طرز کار آن مورد توجه قرار می‌گیرد)، به ویژه از دو قرن گذشته تا کنون اطلاعاتی به دست آمده که در پیشرفت سطح کشاورزی و پزشکی همواره اثر بسیار بارزی داشته و تقریبا هیچ زمینه‌ای در کشاورزی و پزشکی وجود ندارد که در آن‌ها از تشریح و فیزیولوژی استفاده نشده باشد.

۲- در جانورشناسی و گیاه‌شناسی که به ویژه به طبقه بندی جانداران و شناسایی گونه‌های آن‌ها اقدام می‌شود، دانستنیهای بسیار مفیدی کسب شده که در دامپروری، باغبانی، زراعت، داروسازی و زمینه‌های دیگر کاملا مورد استفاده قرار گرفته است.

۳- در سلول‌شناسی و جنین‌شناسی که جریان تمایز سلولی و چگونگی رشد و نمو بدنی ناشی از این تمایز پی گیری می‌شود، نیز کاربری‌های بسیار جالب حاصل شده است. مسئله لقاح و باروری‌های کوتاه مدت و خارج از فصل در کشاورزی، از آن جمله است.

۴- در رشته دیگری از زیست‌شناسی که به مطالعه جانداران میکروسکوپی مربوط می‌شود و «میکروبیولوژی» نام دارد، نتایج حاصله برای صنایع غذایی و شیمیایی، بهداشت، حاصلخیزی خاک و حتی زمینه‌های فنی و تکنیکی بسیار کارآمد و مفید بوده و هست.

۵- در ژنتیک و زیست‌شناسی مولکولی همچنین در زمینه شناسایی و معالجه بیماری‌های ارثی یا اصلاح و بهبود نژادها و ارقام دامی و زراعی تاکنون دیدگاههای زیادی پدید آمده است.

۶- در اکولوژی که به «زیست‌شناسی طبیعت» نیز معروف است در شئون مختلف زندگی بشر و به طور کلی در حل مسایل محیط‌زیست «کاربردهای فراوان» حاصل شده به طوری که جنبه‌های زیست‌شناسی اقتصادی» یا «اقتصاد زیست شناسی» در این رشته آن را چنان به هدف‌های کاملا کاربردی نزدیک ساخته است که بعضی به اغراق اکولوژی را همان «زیست‌شناسی کاربردی» نامیده‌اند.

۷- و بالاخره… کاربرد زیست‌شناسی در سایر مسایل مورد توجه انسان، چون: کشت بافت‌ها، پیوند زدن اندام‌ها (در گیاهان، دا مها و انسان)، تولید زاده‌های بی سابقه آزمایشگاهی، بیوشیمی‌مغز، پدیده‌های جمعیت شناسی، آلودگی‌های زیست محیطی، کشف منابع غذایی جدید و دهها دستاورد دیگر که آغاز شگفتیهای هزاره سوم» را نوید می‌دهند، همگی از وسعت عجیب میدان عمل زیست‌شناسی حکایت دارند.

به طور کلی سه انقلاب کشاورزی (سبز)، بهداشتی و صنعتی که در عصر حاضر چهره جامعه بشری را بیش از تمامی اعصار گذشته دگرگون ساخته، به طور مؤثر و انکارناپذیری بر مبنای محصولات علوم تجربی از جمله «زیست شناسی» صورت پذیرفته یا خواهد پذیرفت.

زیست‌شناسی در زوایای علوم طبیعی و اجتماعی نیز کم و بیش رخنه کرده و مباحث نوینی چون: وحدت و تنوع در عالم حیات، منشأ و مرزهای زندگی، تحول و تکامل جانداران، سازمان و نظام جهان زنده، استعدادهای نهفته انسان و موجودات دیگر، زیست‌شناسی فضایی و کیهانی، زیست‌شناسی جمعیتها و جامعه‌ها، محیطهای زیست ویژه جهان و بسیاری مباحث دیگر و مانند اینها را مطرح و دیدگاههای جالب و جانبی نیز در همه این مبحثها برای حال و آینده باز نموده است.

نکته آخری که نمی‌توان از ذکر آن چشم پوشید: دستاوردهای توأم و تنگاتنگ زیست‌شناسی و تکنولوژی است. پیشرفت¬های جدید آمیخته با تکنیک (بیوتکنولوژی) گرچه تا حد زیادی مدیون نوآوریهای تکنولوژیک است، اما تکنولوژی نیز متقابلا از اکتشافات رشته‌های زیست‌شناسی تأثیر فراوان پذیرفته است، مثلا:

۱- جراحان بر پایه این تعاون متقابل، بسی پیروزمند تر از گذشته و به یاری تکنولوژیهای ظریف و پیشرفته، اندام‌ها را به یکدیگر پیوند می زنند. و یا گیاهان بسیار دور از هم در کشاورزی با یکدیگر پیوند زده می‌شوند.

۲- برعکس، بر پایه همین تعاون متقابل، هر ساله صنعتگران هزاران دست و پای مصنوعی را (که حتی با «تصمیم و تفکر محض انسان» و تقریبا مثل دست و پای معمولی به کار می افتند)، در پیکر مصدومین و معلولین قرار می‌دهند.

۳- باریکه‌های نازک و شدید اشعه لیزر که همانند کارد تیزی عمل می‌کند، امروزه می‌تواند برای تراشیدن سلول‌های ناسالم شبکیه چشم یا برای پاک کردن چربیهای مسدود‌کننده قلب به کار رود (استفاده از تکنولوژی و بیولوژی).

۴- از روی طرحهای ساختاری موجودات زنده، امروزه مصنوعاتی در معماری راهسازی و ماشین سازی (از جمله ماشین آلات کشاورزی) عرضه کرده‌اند ؛ مثل دستگاه‌های خاکبرداری و تسطیح زمین (برای عملیات زراعی) که از رفتار برخی سنجاقکها اقتباس شده است. به این نوع تکنولوژی جدید که از فرآیندهای دانش زیست‌شناسی الهام گرفته شده‌اند «بیونیک» گویند (استفاده از بیولوژی در تکنولوژی، برعکس مورد قبلی).

اصول زیست‌شناسی به ویژه در حل مسایل کشاورزی و دامپروری بسیار به کار رفته است. امروزه با استفاده از اطلاعات ژنتیک کلاسیک و مهندسی ژنتیک به اصلاح تدریجی نژادهای گیاهان و جانوران و انبوهی کلان فرآورده‌های زراعی و دامی‌می‌پردازند. همچنین با رهنمود اطلاعات فیزیولوژی و اکولوژی و سایر تخصص‌های زیست‌شناسی سطح فرآورده‌های باغ و بیشه و مرتع و مزرعه و دریاچه و دیگر منبع‌های مولد طبیعت را بالا می‌برند. رشد جمعیت آدمی عمدتا نتیجه همین افزایش تولیدات مواد غذایی در منبع‌های مذکور است، به طوری که کارایی تولید غذایی بشر از آغاز کاربرد اصول زیست‌شناسی در کشاورزی و دامداری تاکنون چند صد برابر شده است (بدیهی است در مورد مسأله غذا در جهان فعلی، عاملهای اجتماعی بسیاری نیز دخالت دارند که خارج از بحث این کتاب است.)؛ هر چند با برقرار بودن مسابقه ظاهر بی پایان «تولید غذا» و «تولید مثل» هنوز هم با جمعیت دنیا دچار سوء تغذیه‌اند و افزایش جمعیت، ناشی از افزایش تولیدهای غذایی بیش از نمای عصرهای گذشته محیطهای زیست را تخریب کرده و آلودگی‌های محیطی را هم تشدید نموده است.

در هر حال کسی که زیست‌شناسی می‌خواند می‌تواند در آینده «زیست شناس» شود. اما اگر کسی بخواهد مثلا به فعالیت‌های کشاورزی و مانند آن بپردازد، بدون اطلاعات زیست‌شناسی و بدون آشنایی با اصول و روش‌های دانش زیستی معمولا به مهارتها و قابلیتهای علمی‌مطلوبی نخواهد رسید.