علم النبات: التاريخ ومجال الدراسة والبحث - مادة الاحياء - 2025

و علم الطحالب أو علم الطحالب هو الانضباط العلمي أن الدراسات الطحالب، مع التركيز في المقام الأول على دراسة آلياتها الضوئي، وإنتاج السموم، والمنتجات الصناعية منهجية.

الطحالب عبارة عن مجموعة متعددة النوى (بدون سلف مشترك) من كائنات التمثيل الضوئي الموجودة في جدار الخلية. تشمل هذه المجموعة أفرادًا وحيدة الخلية (البكتيريا الزرقاء أو الطحالب الخضراء المزرقة) ومتعددة الخلايا. وبالمثل ، يتم تضمين كل من الخلايا بدائية النواة وخلايا حقيقية النواة.

يتم إنتاج الوقود الحيوي مع الطحالب في المختبر. المصدر: هانيويل ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

بدأ علم الأحياء في اليونان القديمة ، مع أعمال ثيوفراستوس وديوسكوريدس. لفترة طويلة ، كانت الطحالب تعتبر نباتات ، ولهذا السبب تمت دراستها بشكل أساسي من قبل علماء النبات.

كان لينيوس أول من استخدم اسم الطحلب لتعريف هذه المجموعة من الكائنات الحية ، على الرغم من أنه تضمن أيضًا بعض الطحالب. ومع ذلك ، في القرن التاسع عشر ، أصبح علم الفيكولوجيا نظامًا ، حيث أصبح هيكل الطحالب معروفًا بشكل أفضل.

خلال هذه السنوات ، قدم علماء الأحياء العظماء ، مثل Stackhouse و Lamouroux و Kützing ، مساهمات مهمة في بيولوجيا وتصنيف الطحالب. استندت أعماله بشكل أساسي إلى دراسة التشريح ودورة حياة هذه الكائنات.

من بين مجالات الدراسة في علم النبات ، يبرز البحث عن "المد الأحمر" ، الناجم عن النمو المتسارع للطحالب الدقيقة. تنتج هذه الكائنات السموم التي تسمم الأسماك والمحار ، مما يؤثر سلبًا على صناعة صيد الأسماك والصحة العامة.

التاريخ

طورت الحضارات البشرية الساحلية رابطًا مهمًا مع الطحالب. يُدرج مابوتشي ، في تشيلي ، الطحالب في رمزيتها الأسطورية من جانبهم ، فإن الصينيين هم أول من ترك إشارات مكتوبة إلى هذه الكائنات.

علم النبات أو علم الطحالب ، كعلم ، له أصله بشكل أساسي في الثقافة الغربية ويرتبط تطوره بتاريخ علم النبات. يمكننا التعرف على أربع مراحل في تطورها التاريخي.

اليونان القديمة حتى نهاية القرن الثامن عشر

أول من استخدم مصطلح phykos (نباتات بحرية) للإشارة إلى الطحالب كان الإغريق Theophrastus و Dioscorides. في وقت لاحق ، من هذا الاسم اليوناني ، تم اشتقاق المصطلح الروماني Fucus ، المستخدم لتسمية هذه الكائنات.

خلال القرنين السادس عشر والسابع عشر ، لم يتم إجراء العديد من الدراسات في مجال علم البياض. أدرج عالم النبات التشيكي فون زالوسيان (1592) الطحالب مع الفطريات والأشنات والأعشاب البحرية في مجموعة Musci. واعتبر فون زاكوسيان هذه الجماعات "رودا وكونفوسا" (صعبة ومربكة) ، بسبب صعوبة تصنيفها.

عالم نبات آخر قدم مساهمات في الأيام الأولى من علم ficology كان غاسبار بوهين ، في عمله Prodromus theatri botánica (1620). صنف المؤلف مجموعات مختلفة من النباتات على أنها طحالب ، مثل الطحالب وذيل الحصان (Equisetum).

في عام 1711 ، وصف الفرنسي Ferchault de Reaumur الهياكل الجنسية لنوع من الطحالب. كانت هذه مساهمة مهمة في علم الطحالب ، على الرغم من أن علماء النبات مثل صموئيل جوتليب استمروا في اعتبار أن الطحالب تتكاثر عن طريق التوالد العذري.

أدرج لينيوس الطحالب ضمن الكريبتوجام (نباتات بدون بذور) في نظام التصنيف الجنسي الخاص به (1735). في وقت لاحق ، في عام 1753 ، وصف جنس Fucus ، وهناك بدأت المجموعة في الحصول على تعريف أفضل.

1800 إلى 1880

أحدث استخدام المجاهر الضوئية الأفضل تقدمًا كبيرًا في علم الأحياء. في هذه الفترة تم تحديد معظم المجموعات الرئيسية من الطحالب ، كما هي معروفة اليوم.

كان أول من أظهر بوضوح النشاط الجنسي للطحالب كان السويسري بيير فوشر في عمله Histoire des conferves de'eau douce (1803). من هذا العمل ، يتم التعرف على الطحالب كمجموعة وتبدأ علم الطحالب في التوحيد.

جون ستاكهاوس. مصدر. كتب جوجل ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

يُعتقد أن الإنجليزي جون ستاكهاوس قد حوّل علم النقوش إلى تخصص علمي. في عام 1801 ، درس Stackhouse إنبات البيضة الملقحة لأنواع Fucus وقرر أنها تنتمي إلى أجناس مختلفة.

لاحقًا ، اقترح عالم النبات الفرنسي جان لامورو نظام تصنيف للطحالب في عام 1813. وصف في أعماله عددًا كبيرًا من الأنواع وحدد ثلاث مجموعات كبيرة (الطحالب الحمراء والبنية والخضراء).

من بين علماء الأحياء العظماء في ذلك الوقت ، يبرز السويديون CA Agardh وابنه JG Agardh ، الذين درسوا مورفولوجيا الطحالب. اقترح JG Agardh تصنيفًا للطحالب البحرية بناءً على خصائصها التشريحية.

كان الألماني فريدريش كوتزينج عالِمًا بارزًا آخر في علم الجراثيم ، والذي نشر العديد من الرسائل في علم النقوش التي وصف فيها أنواعًا مختلفة. في بحثه ، أخذ في الاعتبار بشكل أساسي تشريح هذه الكائنات الحية.

من عام 1880 إلى بداية الخمسينيات من القرن العشرين

بالنسبة لمعظم هذه الفترة ، كان علم النبات يعتبر فرعًا من علم النبات وتم تضمين الطحالب في قسم Thallophyta (Plantae). تم أيضًا إجراء دراسة دورات حياة العديد من الأنواع ، مما سمح بتحديد المجموعات المختلفة بشكل أكثر وضوحًا.

عمل عالم الحيوانات الإيطالي جيوفاني دي توني لمدة 35 عامًا على عمله Sillete Algarín ، الذي نُشر في عام 1924. يجمع هذا العمل كل المعارف عن أنظمة الطحالب التي كانت موجودة حتى الآن.

بالإضافة إلى ذلك ، وُلد علم الفيكولوجيا البحرية ، وهو متخصص في دراسة الطحالب الموجودة في البحار والمحيطات. خلال هذه الفترة ، بدأت الحملات على طول سواحل مختلفة من العالم لتصنيف هذه الكائنات الحية.

المرحلة الحديثة

في الخمسينيات (القرن العشرين) ، كان هناك تقدم كبير في علم الأحياء ، وذلك بفضل تطوير مجاهر المسح الإلكتروني ونقلها. هذا جعل من الممكن دراسة جوانب علم وظائف الأعضاء وبيولوجيا الخلية والبيئة لمجموعات مختلفة من الطحالب.

في السبعينيات من القرن الماضي ، تغير النهج المنهجي لعلم الأحياء بسبب استخدام التقنيات الجزيئية. كان من الممكن تحديد أن الطحالب هي مجموعة متعددة الخلايا (لا تشترك في سلف مشترك). وهكذا ، كانت البكتيريا الزرقاء موجودة داخل البكتيريا ومجموعات الطحالب الأخرى في مملكة Protista.

في الوقت الحالي ، يعد علم ficology نظامًا موحدًا وهناك العديد من الباحثين في مجالات الدراسة المختلفة.

مجال الدراسة

علم الطحالب هو النظام المخصص لدراسة الطحالب. لا يُشار فقط إلى فئة تصنيفية (بسبب أصل هذه المجموعة) ، ولكنها لا تزال تستخدم لأغراض عملية.

داخل الطحالب ، تم العثور على كل من الخلايا بدائية النواة وحقيقية النواة ، ومعظمها يقوم بعملية التمثيل الضوئي. في مجموعة حقيقيات النوى ، الطحالب عبارة عن نباتات تالوفيت (نباتات ذات ثاليوس) والتي يكون صبغة التمثيل الضوئي الأساسية فيها هي الكلوروفيل أ.

الأعشاب البحرية الحمراء. المصدر: إد بيرمان ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

يدرس علم النبات الخصائص المورفولوجية والتشريحية لمجموعات مختلفة من الطحالب. بالإضافة إلى ذلك ، يتناول البحث حول العمليات التطورية لهذه الكائنات ، بما في ذلك الجوانب المختلفة مثل تطور البلاستيدات الخضراء وآليات التمثيل الضوئي.

في مجال علم وظائف الأعضاء والكيمياء الحيوية ، كرس علماء الفيزياء أنفسهم لدراسة ما يسمى "المد الأحمر". يشير هذا إلى النمو المتسارع لبعض الطحالب الدقيقة التي تنتج السموم النباتية ، وهي كائنات سامة للحيوانات البحرية والبشر.

ضمن علم الطحالب ، يتم التفكير في معرفة دور الطحالب في النظم البيئية حيث توجد. هذا الموضوع له أهمية كبيرة للعلم ، لأن هذه الكائنات الحية هي المنتج الرئيسي للأكسجين على هذا الكوكب.

من ناحية أخرى ، تعتبر الطحالب مفيدة للإنسان كغذاء وكأساس لإنتاج المنتجات الصناعية. لذلك ، يدرس علم النبات أيضًا الأنواع المفيدة المحتملة ، بالإضافة إلى أكثر الطرق فعالية لاستخدام الطحالب.

أمثلة بحثية حديثة

يشمل Ficology كنظام مختلف مجالات اهتمام الباحثين. حاليًا ، تبرز تلك المتعلقة بعلم وظائف الأعضاء ، وإنتاج السموم ، والمنتجات الصناعية ، والنظاميات.

آليات التمثيل الضوئي

لقد تم اقتراح أن البلاستيدات الخضراء للطحالب قد تطورت من البكتيريا الزرقاء التعايش الداخلي. يركز البحث في هذا المجال على آليات نقل المعلومات التي تتحكم في انقسام واستقلاب البلاستيدات الخضراء.

خلال عام 2017 ، أجريت دراسة على البكتيريا الزرقاء ومجموعات أخرى من الطحالب. من خلال هذا ، تم التحقيق في آليات استخدام الأكسجين ، حيث أن الإفراط في هذا العنصر يمكن أن يسبب أضرارًا تأكسدية في الخلايا.

تظهر نتائج هذه الدراسة أنه في البكتيريا الزرقاء يتم تنشيط إنزيم يحمي الخلية من شدة الضوء العالية. في الأنواع الأخرى ، لوحظت استراتيجيات كيميائية حيوية تجعل الخلايا غير حساسة لزيادة O ₂.

السموم الفطرية

يمكن أن ينتج عن إنتاج السموم النباتية ما يسمى بـ "المد الأحمر" ، والتي تولد تأثيرًا بيئيًا واقتصاديًا كبيرًا. هذا هو سبب تركيز علم الفطريات على دراسة هذه المركبات.

تم إجراء تحقيقات مختلفة لتحديد كيفية عمل هذه السموم النباتية في الكائنات الحية المختلفة ، بما في ذلك البشر. في عام 2018 ، راجع باحثون إسبان السموم التي تنتجها الطحالب الدقيقة وآليات عملها والأعراض التي تنتجها لدى البشر.

المد الأحمر. المصدر: NOAA ، عبر ويكيميديا ​​كومنز

الوقود الحيوي

كرس علم النبات ، في السنوات الأخيرة ، اهتمامًا بمجال الوقود الحيوي. يتم إجراء العديد من التحقيقات في الجوانب البيولوجية والتطبيقية للطحالب التي يمكن أن تكون قابلة للاستخدام.

تشير مراجعة آفاق استخدام الطحالب كوقود حيوي (أجريت في عام 2017) إلى أن تحديات العمل الرئيسية تكمن في المجال التكنولوجي. بشكل أساسي ، يركزون على تحقيق إنتاج مرتفع من الكتلة الحيوية ، فضلاً عن تحقيق ظروف نمو مناسبة.

معادن ثقيلة

بعض أجناس الطحالب مثل Cladophora (الطحالب الخضراء) و Fucus (الطحالب الحمراء) تتحمل المعادن الثقيلة. بهذا المعنى ، يتم إجراء دراسات لتحديد كمية المعادن التي يمكن أن تحتويها هذه الكائنات الحية.

من المعلومات التي تم الحصول عليها ، تم إنشاء نماذج محاكاة لسلوك تلوث المعادن الثقيلة في المسطحات المائية.

منهجي

يعلق علم النبات أهمية كبيرة على الدراسة المنهجية للطحالب. ركز هذا المجال بشكل أساسي على دراسة علاقة الطحالب ببعضها البعض وتأثيرها على الكائنات الحية الأخرى.

بهذا المعنى ، كانت التقنيات الجزيئية مهمة جدًا في تحديد هذه العلاقات بين الكائنات الحية.

في الآونة الأخيرة ، تمت دراسة الطحالب الجليدية في جرينلاند ، الواقعة ضمن مجموعة Chlorophytas (الطحالب الخضراء). لقد وجد أن هذه هي الطحالب الأكثر ارتباطًا بالنباتات وأن بيئتها يمكن أن تساعد في فهم استعمار النبات للبيئة الأرضية بشكل أفضل.

المراجع

1. Chapman RL ، MA Buchheim ، CF Delwiche ، T Friedl ، VAR Huss ، KG Karol ، LA Lewis ، J Manhart ، RM McCourt ، JL Olsen ، and DA Waters (1998) Molecular Systematics of the Green Algae. ص 508-540. في: Soltis DE و PS Soltis و JJ Doyle (محرران) النظاميات الجزيئية للنباتات II. سبرينغر ، بوسطن ، ماساتشوستس. 585 ص.
2. Farabegoli F و L Blanco و L Rodríguez و J Vieites و A Cabado (2018) Phycotoxins في المحار البحري: الأصل والتواجد والتأثيرات على البشر. المخدرات 16: 1-26.
3. Lee RE (2018) الإصدار الخامس. مطبعة جامعة كامبريدج. نيويورك ، الولايات المتحدة الأمريكية. 535 ص.
4. Norton TA و M Melkonian و RA Andersen (1996) التنوع البيولوجي الطحالب. Phycologia 35: 308-326.
5. South GR and A Whittick (1987) مقدمة في علم الأحياء. منشورات بلاكويل العلمية. أكسفورد ، المملكة المتحدة. 343 ص.