جميع الكائنات الحية تتأثر بالوراثة. فالفتاة الصغيرة (أعلى اليمين) ورثت النمش والشعر الأحمر عن والدتها. ويشبه صغير الكنغر (أسفل اليمين) أمه. وتنمو أشجار التنُّوب الصغيرة وتصبح ضخمة مثل أصولها (أسفل اليسار). وتحدث العملية الوراثية حتى بين الكائنات وحيدة الخلية مثل انشطار الحيوان الأولي مكونا نسلاً من فردين متشابهين (أعلى اليسار).
الوراثة إمرار الخصائص البيولوجية من جيل إلى آخر. تحدث عملية الوراثة بين كل الكائنات الحية ـ الحيوانات والنباتات، وحتى الكائنات المجهرية مثل البكتيريا. وتفسر الوراثة لماذا تلد الأم البشرية طفلاً بشريًا، ولماذا تلد القطة قططًا وليس كلابًا. والوراثة هي السبب في تشابه النسل بالآباء.
وعن طريق الوراثة، ترث الكائنات الحية خصائص تسمى السمات من الآباء. فأنت تشبه أبويك لأنك ورثت عنهما لون شعرك، وشكل أنفك، وسمات أخرى عديدة. وتتكون الكائنات الحية من خلايا تحتوي على تركيبات بيوكيميائية دقيقة بداخلها لنقل السمات من جيل إلى آخر. وتتكون هذه التركيبات، التي تسمى المورثات (الجينات)، من مادة كيميائية تسمى د ن أ (الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين). وتتراص المورثات مكونة سلاسل طويلة من د ن أ، في تركيبات تسمى الصبغيات (الكروموزومات).
والمورثات تشبه الطبعات الزرقاء في عمليات بناء المنازل، غير أنها تحمل خطط بناء الخلايا والأنسجة والأعضاء والأجسام. وهي تحمل التعليمات الخاصة ببناء آلاف الكتل البنائية الكيميائية في الجسم. وتسمى هذه الكتل البنائية البروتينات، وبعضها مسؤولة عن أحجام وأشكال وتركيبات الأجزاء المكونة لجسمك. وتساعد بروتينات أخرى تسمى الإنزيمات، في حدوث آلاف التفاعلات الكيميائية التي تنتظم جسمك وأجسام الكائنات الحية الأخرى. وتسمى العملية التي تكوِّن بها الخلية البروتينات، حسب التعليمات المحمولة في المورثات، التعبير الجيني.
وللمورثات تأثيرات قوية، ولكنها لا تتحكم في الحياة كلها. فمعظم الخصائص تنتج عن تأثير كل من الوراثة والبيئة، حيث لا يكفي مثلاً أن ترث موهبة العزف على البيانو لتصبح عازف بيانو ماهرًا، بل يجب عليك أن تقتني البيانو، وتتلقى دروسًا في العزف عليه، وتمارس العزف. فالموهبة وراثية، بينما الدروس والممارسة وتوافر البيانو مؤثرات بيئية.
صاغ الراهب وعالم النبات النمساوي جريجور مندل القوانين الأساسية للوراثة في منتصف القرن التاسع عشر. أسس مندل قوانينه على دراساته التي تناولت الأنماط الوراثية لبازلاء الحدائق. وقد ظل عمله مجهولاً حتى عام 1900م، بالرغم من أنه نشر نتائج تجاربه في عام 1866م.
وضعت تجارب مندل أساس الدراسة العلمية للوراثة أو ما يسمى علم الوراثة. وعبر السنوات، تجمعت لدى علماء الوراثة معلومات كثيرة عن الأسباب التي تجعل الكائن البشري والكائنات الحية الأخرى تتخذ الأشكال التي تتخذها، أو تسلك السلوك الذي تسلكه. وبدأ هؤلاء العلماء أيضًا يكتشفون مسببات الأمراض الوراثية، ويوجدون علاجات لها. ولعلم الوراثة اليوم عدة فروع. فعلم الوراثة الجزيئي، على سبيل المثال، يشتمل على دراسة الطبيعة الكيميائية للمورثات ونشاطاتها. وللحصول على مزيد من المعلومات عن الفروع المختلفة لعلم الوراثة، انظر: الوراثة، علم.
--------------------------------------------------------------------------------
مصطلحات الوراثة
--------------------------------------------------------------------------------
الأليلات أشكال مختلفة من نفس المورثة.
البروتين كتلة بنائية كيميائية في الجسم. توجد البروتينات في كل الخلايا.
التعبير الجيني هو العملية التي تُنتج بها البروتينات أو ر ن أ حسب التعليمات المحمولة في المورثات.
التنوع الوراثي يشير إلى الاختلافات في السمات الموروثة بين أفراد نوع معين.
د ن أ يمثل الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين، وهو المادة داخل الصبغيات التي تحمل التعليمات الوراثية لإنتاج البروتينات و ر ن أ.
ر ن أ يمثل الحمض النووي الريبي. يشبه د ن أ، ويؤدي دورًا أساسيًا في إنتاج البروتينات.
السمة هي الخاصية، مثل لون الشعر.
الصبغيات تركيبات خيطية دقيقة داخل كل خلية. تحمل الصبغيات المورثات.
الطفرة تغير يحدث على المورثة، وقد تنتج سمة جديدة يمكن توريثها.
علم الوراثة هو الدراسة العلمية للوراثة.
المجين هو مجمل المورثات التي يحملها نوع معين على الصبغيات. يتكون المجين البشري من عدد من المورثات يتراوح بين 500,000 و 100,000 مورثة.
المورثات تركيبات بيوكيميائية دقيقة داخل كل خلية تحدد سمات وراثية معينة مثل لون العين وفصيلة الدم. وكل مورثة قطعة من د ن أ تحمل تعليمات إنتاج الجزيئات الخيطية الشكل، التي تكوِّن البروتينات.
النمط الظاهري هو المظهر الملحوظ لسمة ما، أو المظهر الكلي للفرد.
النمط الوراثي هو التركيب الوراثي المستبطن لسمة ما، أو التركيب الوراثي الكلي للفرد.
الصبغيات والمورثات
--------------------------------------------------------------------------------
كيف تورَّث الصبغيات
--------------------------------------------------------------------------------
تنتج الخلايا الجنسية ـ أي البيوض في الإناث والنطاف في الذكور ـ بعملية تسمى الانقسام الاختزالي، حيث تتولد عن هذه العملية خلايا جنسية ناضجة، مثل تلك الموضحة أعلاه، محتوية على نصف عدد الصبغيات التي نجدها في خلايا الجسم الأخرى. وعليه تحتوي البيوض والنطاف في الإنسان على 23 صبغيًا.
عندما تتحد النطفة بالبيضة تنتج بيضة مخصبة تحتوي على 46 صبغيًا مثل خلايا الجسم الأخرى. وتترتب هذه الصبغيات في 23 زوجًا، ويأتي أحد صبغيي كل زوج من الأم والصبغي الآخر من الأب.
تركيب الصبغيات والمورثات. في جسم الإنسان وأجسام معظم الكائنات الحية الأخرى توجد الصبغيات في جزء من الخلية يسمى النواة. والصبغيات تركيبات خيطية الشكل مكونة إلى حد كبير من د ن أ وبروتينات. وتوجد الصبغيات عادة في أزواج، حيث يتشابه صبغيا كل زوج في الحجم والشكل، ويحتويان على معلومات وراثية متشابهة.
ويحتوي كل نوع من أنواع الحيوانات والنباتات على عدد مميز من الصبغيات في خلاياه الجسدية، وهي الخلايا التي تكوِّن أجزاء الجسم المختلفة مثل العضلات والعظام. وتختلف الخلايا الجسدية عن الخلايا الجنسية. ففي ذكور الحيوانات تسمى الخلايا الجنسية النطاف، بينما تسمى حبوب اللقاح في النباتات المذكرة. أما في الحيوانات والنباتات المؤنثة فتسمى الخلايا الجنسية البيوض. ويحتوي الإنسان على 46 صبغيًا في خلاياه الجسدية، مرتبة في 23 زوجًا، بينما يحتوي الكلب على 78 صبغيًا (39 زوجًا)، والذرة الشامية على 20 صبغيًا (10 أزواج)، وذبابة الفاكهة المسماة دروسوفيلا ميلانوجستر ـ التي يكثر استخدامها في أبحاث الوراثة ـ على 8 صبغيات (4 أزواج).
والمورثات هي الوحدات الأساسية للوراثة. وتكوِّن كل مورثة جزءًا من جزيئ د ن أ، وهو جزيئ طويل جدًا يوجد داخل الصبغي.
ولكل نوع من أنواع الحيوانات والنباتات عدد معين من المورثات في صبغياتها. فعلى سبيل المثال، يقدر العلماء عدد المورثات في الإنسان بما يتراوح بين 50,000 و100,000 مورثة مختلفة. ويبلغ عدد المورثات في ذبابة الفاكهة حوالي 60,000 مورثة. وتسمى مجموعة المورثات في صبغيات أي كائن حي المجين.
--------------------------------------------------------------------------------
كيف يحدد جنس الشخص
--------------------------------------------------------------------------------
تحدد صبغيات تسمى الصبغيات X والصبغيات Y ما إذا كانت البيضة المخصبة ستصبح ولدًا أم بنتًا. فالخلية الجنسية المؤنثة غير الناضجة تحتوي على صبغيين متماثلين، بينما تحتوي الخلية الجنسية المذكرة غير الناضجة على صبغي X وصبغي Y.
وعندما تنقسم الخلية الجنسية المؤنثة غير الناضجة تتلقى كل خلية بيضية ناضجة جديدة صبغي X مفردًا. وعندما تنقسم الخلية الجنسية المذكرة غير الناضجة تتلقى نصف النطاف الناضجة صبغي X، ونصفها صبغي Y.
تحتوي البيضة المخصبة بنطفة محتوية على صبغي X على صبغيي X (إلى اليسار)، وتنمو إلى بنت، بينما تحتوي البيضة المخصبة بنطفة محتوية على صبغي Y على صبغي X واحد وصبغي Y واحد (إلى اليمين)، وتنمو إلى ولد.
الخلايا الجنسية والتكاثر. ينقسم التكاثر إلى نوعين: التكاثر اللاجنسي والتكاثر الجنسي. وينطوي التكاثر اللاجنسي على أب واحد، وتكون فيه صبغيات النسل مطابقة لصبغيات الأب. فعندما تتكاثر الدودة المسماة المستورقة لاجنسيًا، على سبيل المثال، ينقسم جسمها إلى قطاعين، قطاع يشتمل على الرأس وآخر على الذيل، ثم ينمِّي كل قطاع الأجزاء المفقودة، ويصبح كائنًا جديدًا شبيهًا وراثيًا بالكائن الأب.
وينطوي التكاثر الجنسي عادة على أبوين، يساهم كل منهما بنصف صبغيات الكائن الوليد. ويبدأ التكاثر الجنسي بإنتاج خلايا جنسية متخصصة تسـمى الجاميـتات ـ النطاف وحبوب اللقاح والبيوض ـ بعملية انقسام خلوي يسمى الانقسام الاختزالي، تنتج عنه خلايا جنسية محتوية على نصف عدد صبغيات الخلايا الجسدية. ولذلك ينتج عن الانقسام الاختزالي في الإنسان نطاف وبيوض يحتوي كل منها على 23 صبغيًا. وفي الكلب، يبلغ عدد الصبغيات في كل خلية جنسية 39 صبغيًا.
ويستعاد العدد الكامل للصبغيات باتحاد البيضة والنطفة بعملية تسمى الإخصاب. وفي الإنسان، تحتوي الخلية الناتجة، المسماة البيضة المخصبة، على 46 صبغيًا (23 زوجًا)، حيث يأتي أحد صبغيي كل زوج من بيضة الأم والآخر من نطفة الرجل. وبعد الإخصاب تبدأ البيضة في الانقسام، وإنتاج نسخ مطابقة لها، بعملية انقسام خلوي يسمى الانقسام الخيطي، تنتج عنه خلايا جديدة، محتوية على عدد من الصبغيات مساو لعدد صبغيات الخلية الأم. ولمزيد من المعلومات عن كل من الانقسام الاختزالي والانقسام الخيطي انظر: الخلية (انقسام الخلية).
الصبغيات وتحديد الجنس. يتحدد الجنس في الإنسان بصبغيات تسمى الصبغيات X والصبغيات Y. وتحتوي البيضة عادة على الصبغي X ، بينما تحتوي النطفة على الصبغي X أو الصبغي Y. وفي حالة حدوث الإخصاب بين بيضة ونطفة حاملة للصبغي Y يكون الجنين ذكرًا (XY)، ويكون أنثى (XX) في حالة حدوث الإخصاب بين بيضة ونطفة حاملة للصبغي X. وينتج الذكور عددًا من النطاف ذات الصبغي X مساويًا لعدد النطاف ذات الصبغي Y، ولذلك نجد أن العدد الكلي للإناث مساو تقريبًا للعدد الكلي للذكور.
أنماط الوراثة
انتقال المهق المهق حالة وراثية لايستطيع فيها الكائن الحي إنتاج الصباغ. ويصيب المهق الإنسان والعديد من أنواع النباتات والحيوانات.
تسمى الأشكال المختلفة من نفس المورثة الأليلات. والأليل الذي ينتج الصباغ سائد، ويحجب تأثيرات أليل المهق، وهو أليل متنح. ونتيجة لذلك لايصيب المهق سوى الأفراد الذين يرثون أليلين لتلك السمة. وفي المخطط أعلاه يحمل كل من الأبوين أليلاً عاديًا واحدًا (ع) وأليل مهق واحدًا (م). ولا يصيب المهق أولئك الذين يرثون أليل المهق من أحد الأبوين فقط، ولكنهم قد ينقلون الأليل إلى الصغار.
المورثات السائدة والمتنحية. توجد معظم المورثات في أزواج. ويوجد كل زوج من المورثات في زوج من الصبغيات المتماثلة، بحيث تكون كل مورثة من زوج المورثات في كل صبغي. وتتحدد بعض السمات الوراثية بزوج واحد من المورثات. فالمركب الكيميائي ثيوكارباميد الفينيل لاذع المذاق لدى بعض الناس، وعديم المذاق لدى آخرين، وينتج ذلك عن زوج واحد من المورثات. ولكن العديد من السمات الأخرى، والتي تسمى السمات المتعددة المورثات، يدخل في إنتاجها عدد من أزواج المورثات، حيث تساهم عشرات أو مئات من أزواج المورثات في توارث سمات مثل الطول والوزن والذكاء.
وقد تختلف مورثتا كل زوج في التأثيرات الناتجة عنهما. وتسمى الأشكال المختلفة من نفس المورثة الأليلات. وبعض الأليلات سائدة وبعضها متنحية، حيث يحجب الأليل السائد تأثيرات الأليل المتنحي المقابل، مما يعني أن الأليل السائد يعبَّر عنه في التوارث، بينما لايعبَّر عن الأليل المتنحي. ولا تظهر السمة الناتجة عن الأليل المتنحي إلا في الفرد الذي يمتلك أليلين متنحيين لتلك السمة. فعلى سبيل المثال، أوضح مندل أن الأليل الذي يُنتج الأزهار البنفسجية في نبات البازلاء (يرمز له بالحرف ب) سائد على الأليل الذي ينتج الأزهار البيضاء (يرمز له بالحرف بـ). ولذلك تنتج نباتات البازلاء التي تحمل أليلين سائدين للأزهار البنفسجية (ب ب) أو أليلاً واحدًا للأزهار البنفسجية وآخر للأزهار البيضاء (ب بـ)، أزهارًا بنفسجية. ولن تنتج الأزهار البيضاء إلا عن النباتات التي تحمل أليلين متنحيين (بـ بـ).
المهق عند الحيوانات.
المورثات المرتبطة بالجنس. تسمى المورثات التي توجد قريبة بعضها من بعض في نفس الصبغي المورثات المرتبطة، لأنها تميل إلى الانتقال معًا إلى الجيل التالي. وتسمى المورثات المحمولة على الصبغيات الجنسية المورثات المرتبطة بالجنس. وفي الإنسان أكثر من 250 مورثة محمولة على الصبغي X، يمكنها أن تسبب اضطرابات وراثية، وتسمى المورثات المرتبطة بالصبغي X. ومن هذه الاضطرابات: الناعورية ونوع من الحثل العضلي. ومعظم هذه الاضطرابات متنحية، وتحدث عادة في الذكور، لأن الذكور يحملون صبغي X واحدًا، بينما تحمل الإناث صبغيين يحمل أحدهما على الأقل الأليل العادي السائد الذي يحدد السمة، في حين لاتساهم المورثة الضارة على الصبغي الآخر في التحديد.
مصادر التنوع الوراثي
تختلف كائنات أي نوع، بعضها عن بعض، كثيرًا في تركيبها الوراثي، وبالتالي في سماتها. فأنت قد تشبه أبويك، ولكنك لست نسخة مطابقة لأي منهما، لأنك ورثت نصف مورثاتك من الأب والنصف الآخر من الأم. وأنت لا تشبه بالضبط زملاء دراستك مثلاً، بالرغم من أنكم جميعًا تنتمون إلى الجنس البشري. ويطلق العلماء على أوجه الاختلاف بين أعضاء نفس النوع التنوع الوراثي. ويناقش هذا الجزء المصدرين الرئيسيين للتنوع الذي نراه بين أعضاء النوع الواحد، وهما الطفرة والتوليف الوراثي. ويصف الجزء الذي يلي هذا الجزء ـ أي الوراثة والانتخاب الطبيعي ـ كيف تتغير الأنواع، وبعض المجموعات داخل الأنواع، مع الزمن.
الطفرة. تغير دائم في كمية د ن أ وتركيبه في خلايا كائن حي، قد يؤدي إلى تغيرات في التعبير الجيني، وبالتالي السمات.
أنواع الطفرات. قد تحدث الطفرات في الخلايا الجنسية أو خلايا الجسم. فالطفرة الإنتاشية مثلاً، تؤثر على د ن أ في الجاميتات ولذلك تمرَّر من الكائن الحي إلى نسله. وتحدث الطفرة الجسدية في خلايا الجسم. وفي الإنسان والحيوانات لا تؤثر الطفرات الجسدية على الجاميتات، ولذلك لا تنتقل التغيرات إلى الأجيال التالية، ولكنها تمرَّر إلى الخلايا الناتجة عن الخلية الأصلية المتطفرة.
وتؤثر الكثير من الطفرات على الصبغيات. ففي بعض الحالات يكون عدد الصبغيات في الكائن الحي كثيرًا جدًا أو قليلاً جدًا. فالمصابون بالحالة المرضية المسماة متلازمة داون، على سبيل المثال، يحملون نسخة إضافية من الصبغي 21، وهو أحد أزواج الصبغيات البالغ عددها 23 زوجًا. وفي بعض الأحيان يكون هناك شذوذ في تركيب صبغي معين. فعلى سبيل المثال، تحدث طفرة تسمى الإزفاء عندما يتفتت أحد الصبغيات، وتلتصق إحدى القطع الناتجة عن التفتت بصبغي آخر.
وتؤثر بعض الطفرات على إحدى الوحدات المكونة لجزيئ د ن أ، أو مجموعة من الوحدات. وهناك عدة أنواع لهذه الطفرات النُّقْطية أو الطفرات الجينية. فعلى سبيل المثال، يغير أحد هذه الأنواع زوجًا واحدًا من الوحدات الكيميائية، مؤديًا بذلك إلى تغير التعليمات المحمولة في ذلك الجزء من د ن أ.
أسباب الطفرات. تنتج بعض الطفرات عن الأخطاء التي تحدث عند تكوُّن نسخ من د ن أ أثناء الانقسام الخلوي. وتتسبب عوامل تسمى المطفرات في حدوث بعض الطفرات. وتشمل المطفرات بعض الكيميائيات وأشكال متنوعة من الإشعاع.
التوليف الوراثي. عندما تتزاوج الكائنات الحية تظهر توليفات جديدة من السمات على صغارها. وتحدث هذه التوليفات عن طريق 1- الترتُّب المستقل للمورثات على الصبغيات المختلفة 2- التعابر.
الترتب المستقل. يشير الترتب المستقل إلى الطريقة التي تتوزع بها الصبغيات ومورثاتها عند انقسام خلية جنسية لتكوين البيوض أو النطاف. فالخلية الجنسية غير الناضجة تحتوي على زوج من كل صبغي، حيث يأتي أحد الصبغيين من الأب والآخر من الأم. وفي أثناء الانقسام الاختزالي ينفصل كل زوج من أزواج الصبغيات، وتستقبل كل بيضة أو نطفة صبغيًا واحدًا من كل زوج. ولأن الصبغيات تنفصل بطريقة عشوائية فإن كل بيضة أو نطفة تستقبل بعض الصبغيات من الأم وبعضها من الأب. وتنتج عن إعادة خلط الصبغيات والمورثات بهذه الطريقة توليفات جديدة من السمات في النسل.
التعابر. هو تبادل المورثات بين صبغيين مزدوجين. فالمورثات المحمولة على كل صبغي تورث بطريقة عشوائية، وباستقلال عن المورثات المحمولة في الصبغيات الأخرى. ولكن المورثات المتجاورة في نفس الصبغي تُورّث عادة معًا. وبعبارة أخرى، تبقى المورثات الشديدة الارتباط في أحد صبغيات الأب أو الأم مرتبطة أيضًا في النسل.
وفي بعض الأحيان لا تورَّث المورثات المرتبطة دفعة واحدة. وينشأ هذا الوضع بسبب التعابر. فقبل انقسام الخلايا الجنسية غير الناضجة مباشرة لتكوين النطاف أو البيوض يتقابل صبغيا كل زوج جنبًا إلى جنب. وفي أثناء التعابر تتبادل مجموعات من المورثات في أحد الصبغيات مواقعها مع مجموعات من المورثات في الصبغي الآخر المزدوج معه. ونتيجة لذلك يحدث أحيانًا أن تحمل النطاف أو البيوض المختلفة توليفات مختلفة من المورثات المرتبطة.
الوراثة والانتخاب الطبيعي
الطفرة أحد المصادر الرئيسية للمادة الوراثية الجديدة لنوع معين أو عشيرة معينة ـ مجموعة أفراد النوع الواحد في منطقة معينة. ويوفر التوليف الوراثي توليفات جديدة من الطفرات. ويعمل مصدرا التنوع الوراثي هذان معًا، إلى جانب عملية تسمى الانتخاب الطبيعي، على مر الزمن، مما يؤدي إلى تغير التركيب الوراثي للأنواع والعشائر.
الانتخاب الطبيعي. معظم الطفرات التي تؤدي إلى تغير السمات ضارة، ولكن بعض الطفرات وتوليفات الطفرات تجعل بعض الكائنات الحية أكثر قدرة على البقاء والتزاوج والتكاثر في بيئة معينة. فهذه الكائنات أكثر قدرة على إنتاج نسل قادر على البقاء مقارنة بالكائنات التي ينقصها التنوع الوراثي الخاص. ويرث صغار الكائنات الأكثر ملاءمة المورثات الخاصة بالخصائص الإيجابية التي مكنت آباءها من تحسين قدرتها على البقاء والتزاوج والتكاثر، ومن ثم تمرَّر هذه المورثات إلى الجيل التالي. وبتكرار هذه العملية على مدى أجيال عديدة تكتسب أعداد أكبر وأكبر من أعضاء النوع أو العشيرة المورثات الإيجابية. وبهذه الطريقة تغير عملية الانتخاب الطبيعي التركيب الوراثي، وبالتالي سمات الكائنات، بمرور الزمن.
ويحدث التطور عن طريق الانتخاب الطبيعي عادة ببطء، ولا يكون ملحوظًا خلال حياة الكائن البشري. ولكن قد يحدث تغير سريع في نوع معين استجابة لتغير رئيسي في البيئة، مثل التلوث واستخدام المبيدات.
ومن أمثلة التغير الوراثي السريع ما حدث لنوع من العثات يسمى العثة الفلفلية في المملكة المتحدة خلال القرن التاسع عشر. فهذه العثات تستقر عادة على الأشنات الفاتحة اللون، التي تنمو على جذوع الأشجار. وخلال أوائل القرن التاسع عشر كانت كل العثات الفلفلية تقريبًا فاتحة اللون، وكانت أعداد قليلة تحمل طفرة أكسبتها اللون الأسود. وفي أواسط القرن التاسع عشر أحرقت المصانع كمية كبيرة من الفحم، مما أدى إلى تراكم السخام في المناطق الريفية، والذي أدى بدوره إلى موت الأشنات واسوداد جذوع الأشجار. ونتيجة لذلك كانت الطيور ترى العثات الفاتحة اللون على الأشجار الداكنة اللون بسهولة، وتأكلها. ولكنها لم تكن ترى العثات السوداء جيدًا، ولذلك استطاعت أعداد كبيرة منها أن تعيش وتتكاثر. وخلال خمسين عامًا أصبحت معظم العثات في المناطق الشديدة التلوث سوداء اللون. وبعد إجازة القوانين الخاصة بالتلوث الهوائي في منتصف القرن العشرين أصبحت جذوع الأشجار فاتحة اللون عندما بدأت الأشنات تنمو عليها من جديد، وبالتالي ازداد عدد العثات الفاتحة اللون.
المستودعات الجينية وتكرر الأليلات. يطلق على مورثات كل أفراد عشيرة معينة اسم المستودع الجيني. ويسمى معدل وجود أليل معين في عشيرة ما تكرر الأليل. ومستوى التنوع في أي مستودع جيني مهم لأن التنوع الوراثي يمكِّن العشيرة من التلاؤم مع التغيرات البيئية. فالعشيرة المكونة من حشرات تحمل متغيرًا وراثيًا يمكِّنها من مقاومة مبيد جديد في بيئتها، على سبيل المثال، تكون أكثر قدرة على البقاء. وسيرتفع معدل انتخاب ذلك المتغير، ويزداد تكرره في المستودع الجيني. وفي الجانب الآخر، ستموت العشيرة المكونة من الحشرات التي لاتحمل هذا المتغير الوراثي.
وتؤثر عوامل أخرى عديدة، بجانب الانتخاب الوراثي، على تكرر أليلات معينة في المستودع الجيني. ومن هذه العوامل سريان المورثات والانجراف الوراثي.
سريان المورثات. هو انتقال المورثات من عشيرة إلى أخرى. فعندما تتقارب العشائر المنفصلة وتتناسل تدخل مورثات جديدة أو توليفات جديدة من مورثات إلى كل عشيرة وينتج عن ذلك أن يصبح المستودع الجيني لكل عشيرة محتويًا على مورثات من مستودعات العشائر الأخرى. وبهذه الطريقة قد يتغير تكرر أليلات العشائر على مر الزمن.
الانجراف الوراثي. يشير هذا المصطلح إلى احتمالات ازدياد أو نقصان تكرر الأليلات في عشيرة ما من جيل إلى آخر. فمورثات كل جيل تمثل فقط عينة من المستودع الجيني للجيل الذي يسبقه. ونتيجة لذلك يتفاوت تكرر الأليلات لكل جيل من الأفراد عشوائيًا داخل حدود المستودع الجيني للجيل السابق. وقد يكون لمثل هذه التغيرات تأثير طفيف على كل جيل في العشائر الكبيرة، ولكنها قد تؤدي إلى تغيرات وراثية رئيسية في العشائر الصغيرة في فترة وجيزة.
ولمزيد من المعلومات عن العوامل المؤثرة على التنوع الوراثي في العشيرة البشرية، انظر: الأجناس البشرية (كيف تتطور العشائر البشرية وتتغير).
الاضطرابات الوراثية
تنتج العديد من الأمراض والاضطرابات عن عوامل مثل الفيروسات والبكتيريا. ولكن سبب المرض أو الاضطراب في حالات معينة قد يكون وراثيًا ـ بمعنى أن الكائن الحي قد ورث مورثة شاذة واحدة أو أكثر من الأبوين. ولأن المورثات تحمل التعليمات الكيميائية الخاصة بإنتاج البروتينات فإن المورثات المعيبة قد تؤثر على إنتاج البروتينات ووظائفها. فالمنعورون (المصابون بالناعورية) على سبيل المثال، يحملون منذ ولادتهم مورثة معيبة، مما يجعلهم غير قادرين على إنتاج بروتين ذي أهمية فائقة في عملية تجلط الدم. ولذلك يعاني المنعورون من استمرار النزف لفترة طويلة عند حدوث جرح، بسبب بطء عملية تجلط الدم.
وتترتب المورثات في نظام دقيق على امتداد الصبغيات. ويستخدم الباحثون عملية تسمى التخريط الجيني لتحديد مواقع المورثات على الصبغيات، والتعرف عليها. وقد ساعدت هذه العملية العلماء على تعيين المورثات المسؤولة عن بعض الحالات الوراثية. فمرض هنتنجتون، على سبيل المثال، وهو اضطراب حاد يصيب الجهاز الهضمي، تسببه مورثة شاذة على الصبغي الرابع.
والعديد من الأمراض، مثل السكري والتهاب المفاصل الرثياني، شائعة في بعض العائلات، ولذلك يعتقد أنها ذات أساس وراثي. ويرث الناس النزوع للإصابة بهذه الأمراض، ولكنهم لايرثون الأمراض نفسها. وقد تؤدي العوامل البيئية دورًا في حدوثها. فالمصابون بالنزوع الوراثي للإصابة بالسكري، على سبيل المثال، قد يزيدون احتمال الإصابة بالمرض بالإفراط في الأكل وعدم أداء التمارين.
وقد طور العلماء وسائل لعلاج بعض الاضطرابات الوراثية. فالناعورية على سبيل المثال، يمكن علاجها بحقن عامل التجلط الذي ينقص المصابين بالحالة.
وقد تهيئ تقنية تسمى العلاج بالمورثات فرص علاج الاضطرابات الوراثية وبعض الأمراض الأخرى. وينطوي العلاج بالمورثات على التعرف على المورثة المسببة للمرض الوراثي، ومد المريض بنسخة طبيعية من تلك المورثة. وتؤخذ المورثات الطبيعية من فرد آخر أو كائن حي آخر، وتُدخل في خلايا المريض خارج الجسم، ثم تعاد الخلايا المغيّرة إلى جسم المريض. انظر: العلاج بالمورثات.
ويمكن إجراء اختبارات على الأزواج الذين يرغبون في الحصول على الأبناء، للتعرف على ما إذا كانوا يحملون مورثات معينة شديدة الخطورة. وتجرى هذه الاختبارات عادة بوصفها جزءًا من عملية تسمى الاستشارة الوراثية، حيث تمكن هذه العملية الأزواج من التعرف على احتمالات حصولهم على أبناء مصابين بأمراض وراثية، كما تساعدهم على إيجاد طرق للتعامل مع حالاتهم. انظر: الاستشارة التكونية.
--------------------------------------------------------------------------------
الاضطرابات الوراثية
يوضح هذا الجدول أعراض عدد من الاضطرابات الوراثية وعلاجها. فقد اكتشف العلماء، بفضل ازدياد معرفتهم بالمورثات، أن بعض الأمراض ذات أساس وراثي. فالمورثات المعيبة، على سبيل المثال، مسؤولة عن بعض حالات سرطان الثدي، وعن اضطراب دماغي يسمى مرض ألزهايمر.
--------------------------------------------------------------------------------
الاسم الأعراض العلاج
* التليف الكيسي تلف الرئة والبنكرياس والكبد بسبب شذوذ في إنتاج المخاط الأدوية، علاج عضوي؛ علاج تجريبي بالمورثات؛ لا شفاء
* حثل دشين العضلي ضعف متزايد للعضلات الأدوية، علاج عضوي؛ لا شفاء
* الناعورية نزف داخلي وخارجي غير متحكم فيه حقن عامل التجلط المفقود
* مرض هنتنجتون فقدان التحكم في العضلات والقدرة الذهنية، خاصة في منتصف العمر. لا علاج
* البيلة الفنيلية الكيتونية التخلف العقلي نظام غذائي خاص لمنع ظهور الأعراض.
* ورم أرومة الشبكية سرطان العين في الطفولة الإشعاع، الأدوية، الجراحة؛ قابل للعلاج عادة عند تداركه مبكرًا
* مرض الخلية المنجلية فقر الدم، الجلطات الدموية، تلف الأعضاء والجهاز العصبي أدوية لتخفيف الأعراض؛ لا شفاء
* مرض تاي - ساخس تلف دماغي حاد في الطفولة لا علاج ولا شفاء
* للاضطراب مقالة في الموسوعة.
الوراثة والبيئة
التأثيرات البيئية يمكن رؤيتها في نباتات الذرة الشامية. استنبتت كل هذه النباتات من بذور متماثلة، وبالتالي فهي تحتوي على مُورِّثَات (وحدات وراثية) متماثلة. ولكن النباتات التي على اليمين نمت في تربة ينقصها بعض المغذيات اللازمة للنمو التام.
توفر المورثة عادة احتمال اكتساب سمة معينة، ولكن الاكتساب الفعلي للسمة يعتمد جزئيًا على التفاعل بين تلك المورثة والمورثات الأخرى، كما يعتمد أيضًا على البيئة. فقد يكون لدى شخص معين، على سبيل المثال، نزوع وراثي نحو السمنة، ولكن الوزن الحقيقي للشخص يعتمد على عوامل بيئية مثل كمية الغذاء الذي يتناوله، ونوعه.
ويسمى التركيب الوراثي المستبطن لسمة ما النمط الجيني، والظهور الحقيقي للسمة النمط الظاهري. ويستخدم مصطلح النمط الظاهري أحيانًا للإشارة إلى المظهر الكلي للفرد، والنمط الجيني للإشارة إلى التركيب الوراثي الكلي للفرد.
ويدور الجدل بين العلماء منذ أمد بعيد حول العلاقة بين الوراثة والبيئة، ودورها في تحديد مظهر الشخص البدني وسلوكه. ويشار إلى هذا الجدل عادة بعبارة الطبع مقابل التطبع، ويعنون بذلك عادة الوراثة مقابل البيئة.
ولفهم تأثير كل من الوراثة والبيئة على النمط الظاهري يدرس الباحثون عادة التوائم المتطابقة التي تحمل نفس النمط الجيني. وقد أوضحت هذه الدراسات أن التوأمين المتطابقين اللّذين يربيان في بيئتين مختلفتين يكتسبان خصائص مختلفة، مقارنة بالتوأمين اللّذين يربيان معًا. ونتيجة لذلك خلص العلماء إلى أن كلاً من الوراثة والبيئة يؤديان دورًا مهمًا في تشكيل النمط الظاهري النهائي للفرد.
ويعتمد الذكاء أيضًا على الوراثة والبيئة، وكذلك السمات العقلية الأخرى. فكل فرد يولد بمقدرات عقلية معينة تحدد المدى الذي سيبلغه ذكاؤه في المستقبل. ويتوقف تطور هذه المقدرات على البيئة. فالأطفال الذين يعانون سوء التغذية الحاد، على سبيل المثال، قد يفشلون في تنمية مقدراتهم الطبيعية.
انسياب المعلومات الوراثية
المورثات والبروتينات. تحمل المورثات تعليمات إنتاج البروتينات، وهي جزيئات كبيرة معقدة، مكونة من وحدات أصغر تسمى الأحماض الأمينية. ويوجد عشرون نوعًا من الأحماض الأمينية عادة في البروتينات. وترتبط توليفات متنوعة من هذه الأحماض الأمينية لتكوين سلاسل طويلة تسمى عديدات الببتيدات، تلتف مكونة أشكالاً معقدة ثلاثية الأبعاد.
وتتكون البروتينات من سلسلة عديد ببتيد واحدة أو أكثر. وتتفاوت هذه السلاسل كثيرًا في الطول بين سلاسل مكونة من عدد قليل من الأحماض الأمينية إلى سلاسل مكونة من آلاف الأحماض الأمينية. وهي تختلف أيضًا في طريقة انتظام الأحماض الأمينية. ويحدد طول سلاسل عديدات الببتيدات، وطريقة انتظام أحماضها الأمينية، شكل البروتين ووظيفته. وفي معظم الأحوال تكوِّن مورثة واحدة سلسلة عديد ببتيد واحدة، وتحدِّد عدد الأحماض الأمينية فيها، وبالتالي شكل البروتين ووظيفته.
والبروتينات ضرورية للحياة النباتية والحيوانية، وتوجد في كل الخلايا. فالبروتينات المسماة الإنزيمات تسرِّع العمليات الكيميائية الضرورية للحياة، وانعدامها في الجسم كان سيؤدي حتمًا إلى حدوث التفاعلات البيوكيميائية ببطء شديد، وبالتالي استحالة استمرار حياة الكائن الحي. وتشمل هذه التفاعلات تكسير الطعام أثناء الهضم وحرق المواد الكربوهيدراتية والشحوم من أجل الطاقة.
وتعمل العديد من البروتينات الأخرى كتلاً بنائية للخلايا. والخلايا ذات أحجام وأشكال مختلفة ـ وأنواع وأعداد وترتيبات مختلفة من البروتينات ـ اعتمادًا على أماكنها في الجسم. فالشعر والأظافر وجزء من الجلد تتكون من بروتين متين يسمى القراتين. ويأتي لون الدم الأحمر من بروتين أحمر يسمى الهيموجلوبين (اليحمور)، وظيفته حمل الأكسجين من الرئتين إلى جميع أجزاء الجسم. وتتكون العضلات إلى حد كبير من بروتينين يسميان الميوسين والأكتين.
نموذج لجزيئ د ن أ. يُظهر أن د ن أ يشبه سُلمًا ملتويًا. تمثل الكرات الملونة الأنواع المختلفة للوحدات الكيميائية التى تكون د ن أ. وقد اقترح هذا النموذج عالما الأحياء فرانسيس كريك وجيمس واطسون في عام 1953م.
تركيب د ن أ. تتكون مورثات كل الكائنات الحية، باستثناء بعض الفيروسات، من د ن أ، الذي يشار إليه عادة باسم المادة الوراثية. وهو جزيئ رفيع سلسلي الشكل مكون من وحدات كيميائية أصغر تسمى النوويدات. والنوويد في د ن أ مكون من سكر يسمى الريبوز منقوص الأكسجين، ومجموعة كيميائية مكونة من الأكسجين والفوسفور تسمى الفوسفات، ومركب يحتوي على النيتروجين يسمى القاعدة. وكل نوويدات د ن أ تحتوي على نفس السكر والفوسفات، ولكنها تتفاوت في أنواع القواعد. وهناك أربع قواعد هي الأدينين (أ) والجوانين (ج) والثيمين (ث) والسيتوسين (س).
يتكون د ن أ من سلسلتين يلتف كل منهما حول الآخر مكونتين شكلاً يشبه السلم الملتوي، يسمى الحلزون المزدوج، يتكون جانباه من السكرات والفوسفاتات المرتبطة في النوويدات، بينما تتكون كل درجة من زوج من القواعد.
أزواج القواعد. تزدوج قواعد د ن أ بطريقة خاصة لتكوين توليفات تسمى أزواج القواعد. وهناك اثنان من هذه الأزواج هما أ - ث و ج - س. فكل أدينين على أحد الخيطين يقابله ثيمين على الخيط الآخر، وكل جوانين على أحد الخيطين يقابله سيتوسين على الخيط الآخر. أما بقية التوليفات فنادرة جدًا. وبسبب هذا الازدواج الخاص يقول العلماء عن خيطي د ن أ إن كلاً منهما يكمِّل الآخر، حيث يحدد تسلسل القواعد على أحد الخيطين تسلسلها على الخيط الآخر.
ويحتوي جزيئ د ن أ في الإنسان على أكثر من 100 مليون من أزواج القواعد، ويبلغ طوله أكثر من 2,5سم عند فك التفافه. ولكن د ن أ رفيع جدًا، ولذلك لايرى إلا بمساعدة مجاهر خاصة تسمى المجاهر الإلكترونية، حيث يبلغ سمك الجزيئ20 أنجستروم فقط (الأنجستروم يساوي 0,0000001 ملم)
التناسخ. تنقسم معظم خلايا جسمك من حين إلى آخر. فإذا أصبت بقطع، على سبيل المثال، تبدأ خلايا الجلد المحيطة بالجرح في الانقسام لرتق الجرح بتكوين جلد جديد. وتكون الخلايا الجديدة الناتجة عن الانقسام محتوية على نفس د ن أ الخاص بالخلايا القديمة.
جزيئ د ن أ يتناسخ بالانشقاق وتكوين شريطين. ويرتبط كل شريط بأشرطة جديدة مكونًا جزيئات «د ن أ» جديدة محتوية على نفس المعلومات. ترمز «ث» إلى الثيمين، «ج» إلى الجوانين، «أ» إلى الأدينين، «س» إلى السيتوسين.
وتسمى العملية التي تنتج بها النسخ المطابقة لـ د ن أ أثناء الانقسام الخلوي التناسـخ. وهذا التناسـخ الدقيـق لـ د ن أ، أحد الخواص الأساسية للمادة الوراثية، وبدونها لن تتشابه الخلايا الجديدة وراثيًا، بعضها مع بعض، أو مع الخلايا الأم، وسيتغير تركيبك الوراثي، وبالتالي خصائصك البدنية، باستمرار مع انقسام خلايا جسمك.
وتمكن الطبيعة التكاملية لخيطي د ن أ الخلية من إنتاج النسخ المطابقة له. فقبل انقسام الخلية تنشطر قطع من خيطي جزيئ د ن أ الأصليين طوليًا، فاصلة بين أزواج القواعد. وتشبه هذه العملية ما يمكن أن يحدث لسلم ينشطر طوليًا عبر منتصفه، بحيث تنقسم درجاته. وبعد الانشطار، يلتقط كل من خيطي د ن أ، اللذيْن يشبهان نصفي سلم منشطر نوويدات حرة من نواة الخلية. وتزدوج قواعد النوويدات الحرة، بما يرتبط بها من سكرات وفوسفاتات، مع القواعد المماثلة على خيطي د ن أ الأصلي، حيث يزدوج الأدينين مع الثيمين، والثيمين مع الأدينين، والجوانين مع السيتوسين، والسيتوسين مع الجوانين. وبهذه الطريقة، ينتج سلمان لـ د ن أ، لكل منهما خيطان، ويحملان نفس تسلسل قواعد د ن أ الأصلي. وعندما تنقسم الخلية يحصل كل من الخليتين الجديدتين على جزيئات متشابهة من د ن أ.
كيف تنتج البروتينات. يمثل تسلسل القواعد في د ن أ الشفرة الوراثية للكائن الحي. وهذه الشفرة هي التي توجه الخلية إلى كيفية وضع الأحماض الأمينية معًا لتكوين عديد ببتيد معين.
وتشكل كل مجموعة مكونة من ثلاث قواعد، بترتيب معين، وحدة تسمى الرامزة. وتختص كل رامزة بحمض أميني معين، ويحدد تسلسل الروامز في د ن أ تسلسل الأحماض الأمينية في البروتين ـ والناتج البروتيني المتكون.
ويمكن تكوين 64 رامزة، تسمى الثلاثيات، من قواعد د ن أ الأربعة. ولكن العدد الفعلي 20 وليس 64، ولذلك نجد أكثر من رامزة واحدة لمعظم الأحماض الأمينية. وبالإضافة إلى ذلك، تحدد الروامز الثلاثية نفس الأحماض الأمينية في كل الكائنات الحية التي تناولتها الدراسات، وذلك باستثناءات قليلة. ولذلك فإن الشفرة الوراثية تكاد تكون كونية.
ويحدث التعبير الجيني، أي العملية التي تنتج بها الخلية البروتين حسب التعليمات المحمولة في المورثات، بطريقتين هما 1- الانتساخ و2- الترجمة.
الانتساخ. عملية تحدث بفعل صنو كيميائي لـ د ن أ يسمى ر ن أ (الحمض النووي الريبي)، وهو حمض نووي مثل ر ن أ، ويتكون من نوويدات، ولكن السكر في ر ن أ ريبوز عوضًا عن الريبوز منقوص الأكسجين، ويحتوي ر ن أ على القاعدة يوراسيل (ي) عوضًا عن الثيمين. ومثل الثيمين يزدوج اليوراسيل قاعديًا مع الأدينين.
وفي أثناء الانتساخ تكوِّن الخلية نسخة ر ن أ لأحد خيوط د ن أ في مورثة. وينحل جزء من سلم د ن أ الملتوي وينشطر، حيث يؤدي أحد نصفي السلم وظيفة قالب لاصطفاف قواعد ر ن أ. وتزدوج قواعد النوويدات الحرة مع قواعد د ن أ المعرضة، حيث تزدوج القواعد س ي أس أ ج في ر ن أ، على سبيل المثال، مع القواعد ج أ ث ج ث س. في د ن أ. ويتكون خيط من ر ن أ يسمى ر ن أ الرسول، وهو نسخة مكملة لطبعة د ن أ الزرقاء.
وباستمرار عملية الانتساخ تنسلخ نسخة ر ن أ الرسول عن قالب د ن أ، وتحمل تعليمات صنع بروتين المورثة إلى مصانع إنتاج البروتين في الخلية، وهي تركيبات تسمى الريبوسومات، تقع خارج النواة، في جزء من الخلية يسمى السيتوبلازم. ويؤدي ر ن أ الرسول دور توجيه الأحماض الأمينية حسب النظام الذي تأمر به المورثة، مكونًا سلسلة البروتين المطلوبة.
الترجمة. في هذه المرحلة من التعبير الجيني تقرأ الريبوسومات الشفرة المكتوبة في ر ن أ الرسول، وتربط الأحماض الأمينية حسب النظام الذي تمليه روامز ر ن أ الرسول. ويؤدي نوع آخر من ر ن أ يسمى ر ن أ الناقل دورًا أساسيًا في عملية الترجمة، حيث يحمل الأحماض الأمينية إلى الريبوسومات من أجزاء السيتوبلازم الأخرى.
ويحمل جزيئ ر ن أ الناقل موقعين ذوي أهمية قصوى في الترجمة، حيث يحتوي أحد الموقعين على مقابلة رامزة، تتكون من ثلاثة نوويدات. وتتكامل القواعد في نوويدات كل من مقابلات روامز ر ن أ الناقل مع تلك التي في رامزة ر ن أ الرسول، ولذلك تستطيع أن تزدوج قاعديًا معها. ويقع الموقع الآخر المهم عند أحد طرفي جزيئ ر ن أ الناقل، حيث يرتبط ر ن أ الناقل بحمض أميني خاص عند هذا الموقع. فعلى سبيل المثال، يرتبط ر ن أ الناقل الذي يحمل مقابلة الرامزة س ج ي برامزة ر ن أ الرسول ج س أ، الذي يشفر للحمض الأميني المسمى الألانين. ويرتبط طرف ر ن أ الناقل بالألانين، ويمكنه بذلك إيصال الألانين إلى الريبوسوم.
ويحرك ر ن أ الرسول الروامز، واحدة تلو الأخرى، عبر الريبوسوم. وبعد وصول الرامزة إلى مركز تحليل الشفرات في الريبوسوم يأتي أحد جزيئات ر ن أ الناقل بالحمض الأميني المطلوب. وبهذه الطريقة ينمو عديد الببتيد، بإضافة حمض أميني في كل مرة، حتى يصل الريبوسوم إلى نهاية الرسالة المضمنة في ر ن أ الرسول، حيث تشير الرامزة الأخيرة في الرسالة إلى أن السلسلة قد اكتملت، وتطلب من الريبوسوم إيقاف الإنتاج.
وبعد أن يقرأ الريبوسوم رامزة الإيقاف، تُطلَق سلسلة عديد الببتيد المكتملة التكوين، ويستطيع الريبوسوم عندئذ إنتاج عديد ببتيد آخر. وفي معظم البروتينات التي تتكون من أكثر من سلسلة عديد ببتيد واحدة تصنع السلاسل على انفراد، ثم ترتبط بعد ذلك لتكون البروتين.
تاريخ دراسة الوراثة
الأفكار الأولى عن الوراثة. اقترح الفيلسوف الإغريقي أرسطو، الذي عاش في القرن الثالث قبل الميلاد، إحدى أقدم النظريات المعروفة في مجال الوراثة، حيث أشار إلى أن السمات تورث عبر الدم. وقد كانت هذه النظرية خاطئة ولكنها ظلت مقبولة لأكثر من ألف عام.
ولم يتمكن العلماء من التوصل إلى نظرية صحيحة عن الوراثة إلا بعد اكتشاف الخلايا الجنسية وتحديد وظائفها. وقد اكتشفت البيوض والنطاف في أواخر القرن السابع عشر. وفي ذلك الوقت كان العديد من علماء الأحياء يعتقدون أن البيضة أو النطفة تحتوي على جنين صغير الحجم ولكنه مكتمل التكوين، ويزداد حجمه بالتدريج داخل رحم المرأة. وفي أواخر القرن الثامن عشر، أثبت العالم الألماني كاسبار فريدريتش وولف أن الجنين لايكون مكتمل التكوين منذ بدايته. وأوضح أن الجنين ينمو من بيضة مخصبة، وأن البيضة والنطفة يساهمان في تكوينه بالتساوي.
وخلال أوائل القرن التاسع عشر، اقترح النبيل وعالم الأحياء الفرنسي شيفالييه دو لامارك أن السمات التي تكتسب أثناء حياة الكائن الحي يمكن أن تمرر إلى النسل. وأوضحت الاكتشافات الوراثية المتأخرة أن السمات المكتسبة لا تنتقل من جيل لآخر.
وكانت هذه النظرية، بالرغم من عدم صحتها، مقبولة لدى عالم الأحياء البريطاني تشارلز داروين، الذي اقترح نظرية الانتخاب الطبيعي في كتابه أصل الأنواع (1859م). فقد اعتقد داروين، أن كل جزء من أجزاء الجسم ينتج جسيمات دقيقة تتحرك عبر مجرى الدم إلى البيوض أو النطاف، وأن هذه الجسيمات هي التي تسيطر على السمات الوراثية. ولم يقبل العالم البريطاني فرانسيس جالتون، وهو ابن أخ داروين، هذه الفكرة، حيث أجرى عملية نقل دم من أرانب سوداء إلى أرانب بيضاء، ليرى ما إذا كانت الأرانب البيضاء ستنجب أرانب سوداء. ولكن الأرانب البيضاء أنجبت صغارًا بيضاء أيضًا.
--------------------------------------------------------------------------------
دراسة الوراثة يهدف هذا النشاط إلى دراسة دور كل من البيئة والوراثة في تحديد النمط الظاهري ـ أي الخصائص الملحوظة ـ للكائن الحي، ببحث تأثير العوامل البيئية المختلفة في نمو نبات البطاطس. فالعيون (البراعم) التي تنمو من نفس البطاطس لها نفس التركيب الوراثي، وتستطيع النمو إلى نبات جديد. وبزراعة عيون البطاطس، وتغيير الظروف البيئية مثل الضوء والماء ودرجة الحرارة، يمكنك أن ترى كيفية تأثير العوامل البيئية على الخصائص.
--------------------------------------------------------------------------------
نشاط تجريبي
المواد المطلوبة
بطاطس
سكين
عدد من الأوراق الشمعية أو الأكواب البلاستيكية.
تربة تأصيص، رمل، ماء
غذاء نباتي أو أي مواد أخرى ترى ضرورة استعمالها.
الخطوات
- اقطع البطاطس بحيث تكون كميات البطاطس حول كل عين متساوية.
- املأ الأوراق الشمعية أو الأكواب البلاستيكية بنفس خليط تربة التأصيص والرمل والماء (ينمو البطاطس بصورة أفضل في التربة ذات الرمل القليل، وعند درجات حرارة تتراوح بين 16° و21°م).
- ازرع قطع البطاطس بحيث تقع العيون فوق سطح التربة مباشرة. وفرلأحد العيون كل المقومات التي تساعد على نموها جيدًا، مثل الضوء الكافي والماء. هذه العين سوف تكون الحاكم لتجربتك ـ أي سوف تكون المعيار الذي تقارن به بقية العيون.
- غير لكل عين من العيون ظرفًا مختلفًا. ضع أحد العيون مثلاً في مكان مظلم. أعط إحدى العيون نصف كمية الماء التي تعطيها لبقية العيون. أعط عينًا أخرى غذاءًا نباتيًا حسب التوجيهات الواردة في علبة التعبئة. ضع إحدى العيون داخل ثلاجة لترى تأثير الجو البارد على النمو. وفيما عدا الظرف الذي تغيره لكل عين حاول أن تجعل بقية العوامل البيئية متساوية بقدر الإمكان. علِّم كل كوب بحيث يمكنك أن تعرف أي العوامل مختلف لكل كوب. راقب العيون لعدة أسابيع لترى كيفية نموها، واحتفظ بسجل لنمو كل نبات. ويمكنك تضمين السجلات رسومًا لكل نبات.
النتائج بعد مرور عدة أسابيع حلل المادة التي جمعتها. هل هناك اختلافات في الطريقة التي نمت بها النباتات؟ هل يبدو أحد العوامل أكثر تأثيرًا من بقية العوامل في تحديد نمو النبات؟ هل تكتسب النباتات ذات التركيب الوراثي المتشابه نفس الخصائص الملحوظة؟ ما العلاقة التي يمكنك أن تستنتج أنها تربط بين النمط الوراثي والنمط الظاهري؟
مد النشاط تفكر في النمط الوراثي والنمط الظاهري في الإنسان. تفكر في عوامل مثل الغذاء والمأوى باعتبارها جزءًا من بيئة الإنسان. هل تعتقد أن مظهرك وسلوكك كانا سيختلفان إذا كنت قد نشأت بنفس نمطك الوراثي في منزل من نوع آخر، وكان غذاؤك مختلفًا عما تناولته من غذاء؟ ما العوامل الأخرى التي تعتقد أنها تشكل جزءًا من بيئتك؟
--------------------------------------------------------------------------------
تجارب مندل على الوراثة في أواسط القرن التاسع عشر درس الراهب وعالم النبات النمساوي جريجور مندل السمات في نبات البازلاء. وتوضح الأشكال أدناه الخطوات الرئيسية لتجارب مندل على لون البذرة.
--------------------------------------------------------------------------------
بدأ مندل تجاربه بسلالتين نقيتين من نبات البازلاء، سلالة ذات بذور صفراء وأخري ذات بذور خضراء. وأجرى تلقيحًا بين هاتين السلالتين، وكانت كل البذور الهجينة الناتجة صفراء اللون. واستنتج من ذلك أن لون البذور الأصفر سمة سائدة. بدأ مندل تجاربه بسلالتين نقيتين من نبات البازلاء، سلالة ذات بذور صفراء وأخري ذات بذور خضراء. وأجرى تلقيحًا بين هاتين السلالتين، وكانت كل البذور الهجينة الناتجة صفراء اللون. واستنتج من ذلك أن لون البذور الأصفر سمة سائدة.
أنتجت النباتات التي نمت من البذور الصفراء بذورًا صفراء وخضراء بنسبة 3 : 1 تقريبًا. وقد تمكن مندل، بفضل أنماط الوراثة التي اكتشفها في هذه التجربة، وغيرها من التجارب المماثلة، من صياغة أول نظرية صحيحة عن الوراثة.
قانونا مندل. خلال أواسط القرن التاسع عشر أجرى الراهب النمساوي وعالم الأحياء جريجور مندل سلسلة من التجارب على الوراثة، حيث درس في حديقة ديره السمات الوراثية في نبات البطاطس. وقادت نتائج هذه التجارب مندل إلى صياغة أول نظرية صحيحة عن الوراثة، تكونت من مبدأين سميا قانونَيْ مندل للوراثة. يتكون قانون مندل الأول، والذي يسمى قانون الانعزال، من ثلاثة أجزاء هي 1- تحدد وحدات منفصلة (تسمى الآن المورثات) الخصائص الوراثية 2- توجد هذه الوحدات في أزواج 3- تنعزل (تنفصل) مورثتا كل زوج أثناء انقسام الخلايا الجنسية، وتستقبل كل نطفة أو بيضة مورثة واحدة من كل زوج.
ويسمى قانون مندل الثاني قانون التوزيع الحر. وينص هذا القانون على أن كل زوج من أزواج المورثات يتصرف بمعزل عن الآخر أثناء إنتاج الخلايا الجنسية، ولذلك يورث كل زوج بمعزل عن الأزواج الأخرى. ويعرف علماء الوراثة الآن أن
