الأحياء في المرحلتين الابتدائية والإعدادية · Grades 1–9
65المورّثات وDNA
الصبغيات تحمل المحددات — لكن الخيط ليس نصًا بعد. فما، على امتداد الصبغي، هو المحدد الواحد؟ ومم صنع الخيط حتى تسع نواة عرضها أجزاء من الألف من المليمتر تعليمات إنسان كامل (التمرين 63.12)؟ يجيب اسمان، وهما أشهر اسمين في البيولوجيا الحديثة: المورّثة، وDNA.
65.1 المورّثات: المحددات، وقد حدد موضعها
تعريف 65.1 (المورّثة والأليلات)
المورّثة هي المحدد وقد صار دقيقًا: قطعة من صبغي تحمل تعليمات نصيب صفة واحدة من البناء — مورّثة لآلة زمرة الدم، وأخريات لصباغ لون العينين، وألوف مؤلفة على امتداد الخيوط الستة والأربعين، كل واحدة في عنوانها الثابت. وقد توجد المورّثة في نسخ عدة — هي الأليلات: فلمورّثة زمرة الدم نسخ A وB وO، ولمورّثة لون العينين نسخة بنية ونسخة زرقاء. العنوان نفسه، والتهجئة مختلفة.
قضية 65.2 (نسختان، وما معنى الظهور)
الصبغيات تأتي أزواجًا (القضية 64.2) — فكل مورّثة تأتي في نسختين، نسخة لكل شريك، ونسخة من كل والد. وقد تكون النسختان الأليل نفسه وقد تختلفان؛ وإذا اختلفتا فقد يعبَّر عن إحداهما وتحمل الأخرى صامتة — وعندئذ تنحل ألغاز الألبوم العائلي إلى آلية:
- الحمل من غير إظهار (المثال 63.5): فالأليل الصامت يركب الشريك الثاني؛
- وولد الزمرة O لأبوين من الزمرتين A وB (المسألة 63.1): فقد حمل كل والد O صامتًا، ووزّع التنصيف الاثنين معًا؛
- والولد الأزرق العينين لأبوين بنيي العينين: زرقاوان صامتان التقتا — فرصة من أربع، حين يحمل كل والد واحدة: إذ يوزع التنصيف زرقاء كل والد بفرصة من اثنتين، والتوزيعان مستقلان.
برهان. نقبله في هذا المستوى. ∎
مثال 65.3 (زمر الدم، بآليتها كاملة)
مورّثة واحدة، وثلاثة أليلات، ونسختان لكل شخص: فالأليل A مع A أو O يظهر الزمرة A؛ وB مع B أو O يظهر B؛ وA مع B يظهر AB (كلاهما يعبَّر عنه — فالأليلات ليست دائمًا قابلة للإسكات)؛ وO مع O يظهر O. ونمط سجل التبرع كله — بما فيه كل “مفاجأة” — هو حساب توزيعات النسختين.
65.2 DNA: بم كتب النص
تعريف 65.4 (DNA)
كيميائيًا، الصبغي جزيء واحد هائل الطول ملتف من DNA (مع بروتينات تحزمه): شريط مزدوج — هو السلم الملتوي الشهير — درجاته أزواج من أربعة أحرف كيميائية. وترتيب الأحرف على امتداد الشريط هو المعلومة: فالمورّثة قطعة من ذلك التسلسل، كما أن الجملة قطعة من الصفحة. أربعة أحرف، منها ثلاثة مليارات في مجموعة بشرية واحدة — نص يكفي لطقم تعليمات بناء كامل، ملتف في كل نواة.
مثال 65.5 (أن تراه بنفسك)
DNA يستخلص في المطبخ: اهرس موزة أو بصلة، وأضف ماء مملحًا وقليلًا من سائل غسل الصحون (فتنحل الأغشية — وأغلفة التعريف 45.1 هي هدفه)، وصفِّ، ثم طبّق كحولًا باردًا فوق السائل: فعند الحد يرتفع كبب من خيوط بيضاء، تلف على عود أسنان. تلك الخيوط هي DNA — جزيء هذا الفصل نفسه، بسنتيمترات حقيقية.
قضية 65.6 (ما تفسره بنية DNA)
الشريط المزدوج ليس زينة — فكل خاصية فيه تجيب سؤالًا قديمًا:
- النسخ (الانقسامات الأمينة في القضية 29.7): الشريطان متتامان حرفًا بحرف، فإذا فرّقا أعاد كل واحد بناء شريكه — فيصير سلم واحد سلمين متطابقين، لكل خلية بنت واحد؛
- الأليلات: نسخ المورّثة فروق تهجئة صغيرة في التسلسل — العنوان نفسه، والأحرف مغيَّرة؛
- الطفرة: النسخ شبه كامل، لا كامل — فحرف نادر ينسخ خطأ ينشئ أليلًا جديدًا. وهي محايدة في أكثرها، وضارة أحيانًا، ونافعة في القليل: فالطفرة هي منبع التهجئات الجديدة، ومنبع كل الأليلات في النهاية — الجدة الخام التي سيحتاج إليها الفصل 68؛
- القراءة: تستعمل الخلية مورّثة بأن تقرأ تسلسلها وتبني الجزيء العامل المقابل له — ويقرأ كل نوع من الخلايا انتقاءه هو من المكتبة: وهو لغز التمرين 64.12، محلولًا كما وعد.
برهان. نقبله في هذا المستوى. ∎
ملاحظة 65.7 (شفرة واحدة، والحياة كلها)
وتأتي أعمق الحقائق أخيرًا: كل كائن حي يكتب مورّثاته بأحرف DNA نفسها ويقرؤها بالشفرة نفسها — البلوط، والخميرة، والحوت، وميكروبات الفصل 43، وأنت. وهذه وحدة الحياة (القضية 29.2) في أساسها، وأقوى دليل حتى الآن على شجرة القرابة (الملاحظة 44.8): فلغة مشتركة تحتج لأصل مشترك. وهي أيضًا سبب نجاح الهندسة الوراثية أصلًا — فالمورّثة المنقولة بين نوعين تبقى مقروءة، كجملة نسخت إلى كتاب آخر.
طريقة 65.8 (القراءة على المستويات الثلاثة)
يمكن الآن قراءة أي سؤال في الوراثة على ثلاثة مستويات — فتمرّن على التنقل بينها:
- مستوى العائلة: من يظهر، ومن يحمل، ومن ينقل (الفصل 63)؛
- مستوى الصبغيات: أي الخيوط، منصّفة ومستعادة، تحمل التوزيع (الفصل 64)؛
- مستوى الجزيء: أي مورّثة، وأي أليلات، وأي تهجئة — وأي طفرة، إن كانت الصفة جديدة.
حكاية واحدة بثلاث تكبيرات؛ والجواب تام حين يجري على الثلاثة جميعًا.
65.3 تمارين
تمرين 65.1 ★
تمرين 65.2 ★
لماذا تأتي كل مورّثة في نسختين، وأين تقعان؟
حل
حل التمرين 65.2.
لأن الصبغيات تأتي أزواجًا: فنسخة من كل مورّثة تركب كل شريك — واحدة من الأم، وواحدة من الأب، في العنوان نفسه.
تمرين 65.3 ★
ما معلومة DNA ماديًا؟ وكم عدد الأحرف، ومن كم نوع، في مجموعة بشرية؟
حل
حل التمرين 65.3.
ترتيب الأحرف الكيميائية على امتداد الشريط. أربعة أنواع من الأحرف، ونحو ثلاثة مليارات منها في مجموعة بشرية واحدة.
تمرين 65.4 ★
كيف يجعل الشريط المزدوج النسخ الأمين ممكنًا؟
حل
حل التمرين 65.4.
الشريطان متتامان حرفًا بحرف: فإذا فرّقا أعاد كل واحد بناء شريكه، وصار سلم واحد سلمين متطابقين — نسخة كاملة لكل خلية بنت.
تمرين 65.5 ★
ما الطفرة، وما طبائعها الثلاث الممكنة؟
حل
حل التمرين 65.5.
خطأ نادر في النسخ — أحرف تتغير فينشأ أليل جديد. وهي محايدة في أكثرها، وضارة أحيانًا، ونافعة في القليل.
تمرين 65.6 ★
اذكر حقيقة الملاحظة 65.7 ونتيجتيها.
حل
حل التمرين 65.6.
كل الكائنات الحية تكتب مورّثاتها وتقرؤها بأحرف DNA والشفرة نفسها. والنتيجتان: أقوى دليل على أصل مشترك — وإمكان نقل المورّثات بين الأنواع، ما دامت اللغة متطابقة في كل مكان.
تمرين 65.7 ★★
بيّن آلية الولد الأزرق العينين لأبوين بنيي العينين: النسختان، والتوزيعات، وواحد من أربعة.
حل
حل التمرين 65.7.
كل والد يحمل البنية مع الزرقاء — البنية يعبَّر عنها، والزرقاء صامتة. ويوزع كل واحد الزرقاء بفرصة من اثنتين؛ والتوزيعان مستقلان، فتحل زرقاء مع زرقاء بفرصة من أربع — وهو الولد الأزرق العينين.
تمرين 65.8 ★★
اشتغل على المثال 65.3: اذكر أزواج الأليلات وراء كل زمرة من الزمر الأربع.
حل
حل التمرين 65.8.
الزمرة A: A مع A، أو A مع O. والزمرة B: B مع B، أو B مع O. والزمرة AB: A مع B — وكلاهما يعبَّر عنه. والزمرة O: O مع O.
تمرين 65.9 ★★
حل التمرين 64.12 بلغة هذا الفصل: ما الذي يقرؤه العصبون ولا تقرؤه خلية الجلد؟
تمرين 65.10 ★★
صف الاستخلاص المطبخي وما يفعله كل مكوّن من مكوناته.
تمرين 65.11 ★★
طبّق مستويات الطريقة 65.8 الثلاثة على ذقن الكنيسة في المسألة 63.1.
حل
حل التمرين 65.11.
مستوى العائلة: الذقن يتكرر على خطوط التكاثر، محمولًا من غير إظهار عبر جيل واحد. ومستوى الصبغيات: محدده يركب خيطًا واحدًا، ينصّف في الأمشاج ويستعاد عند الإخصاب، ويوزع على بعض الأولاد دون بعض. ومستوى الجزيء: إنه أليل — تهجئة لمورّثة ما من مورّثات تشكيل الوجه — نسخ نسخًا أمينًا طوال القرن منذ الطفرة التي كتبته أول مرة.
تمرين 65.12 ★★★
“الطفرة تكتب، والخلط يوزع، والتعبير يظهر.” أسند لكل فعل آليته وفصله — واذكر أي الثلاثة ينشئ تهجئات جديدة حقًا.
حل
حل التمرين 65.12.
الطفرة تكتب: أخطاء النسخ تنشئ تهجئات جديدة — مستوى الجزيء، وهو هذا الفصل. والخلط يوزع: التنصيف والإخصاب يسلّمان كل ولد تركيبًا جديدًا — مستوى الصبغيات، الفصل 64 (والقضية 54.5). والتعبير يظهر: من النسختين الموزعتين، ما الذي يعرض وما الذي يركب صامتًا — وهي قاعدة النسختين في هذا الفصل. والطفرة وحدها تنشئ تهجئات جديدة حقًا؛ أما الاثنتان الأخريان فتعيدان تركيب ما كتبته الطفرة يومًا وتكشفانه.
65.4 مسألة: آلة النسخ المعطوبة
مسألة 65.1
مسألة نهاية الأسبوع — مورّثة واحدة متابعة من التهجئة إلى شجرة العائلة
تابع حالة واحدة (متخيَّلة لكنها نموذجية): مورّثة صباغ أليلها العامل P يبني صباغ الجلد والشعر؛ وقديمًا أنشأ خطأ في النسخ الأليل المعطوب p — مخطأ التهجئة على نحو لا يقرأ، فلا يبني شيئًا. وحاملو P مع p يبدون عاديين؛ أما ولد وزّع له p وp فلا يبني صباغًا البتة — شعر وجلد شديدا الشحوب، وعينان هشتان أمام الشمس (والحالة موجودة في أنواع كثيرة).
الجزء الأول — مستوى الجزيء.
- سمّ أصل p، وفق القضية 65.6 — ما الذي حدث ماديًا، مرة واحدة، في خط أمشاج سلف ما؟
- لماذا يبدو P مع p عاديًا؟ وأي كلمة من المفردات تصف ركوب p؟
- لماذا يغير p مع p البناء؟ وما الغائب، ومن أي صنف من الآلات (التعريف 65.1)؟
- الحالة تظهر في أنواع كثيرة. بم يتنبأ الملاحظة 65.7 عن تهجئة مورّثات الصباغ عندها؟
الجزء الثاني — مستويا الصبغيات والعائلة.
- والدان حاملان (P مع p لكل واحد): اذكر التوزيعات الأربعة المتساوية الاحتمال لولد واحد، واحتمال بناء p مع p.
- وابنتهما ذات p مع p تولد لوالدين يبدوان عاديين. أي لغز من ألغاز الألبوم (المثال 63.5) جرى الآن بآليته كاملة؟
- وأولاد الابنة نفسها من شريك P مع P: ما الذي يحملونه جميعًا، وما الذي لا يظهره أحد منهم؟
- تتبع مركبات الأليل في انتقال واحد: ركوب p من الجدة إلى الحفيد، خيطًا خيطًا ومشيجًا مشيجًا.
الجزء الثالث — التقرير على المستويات الثلاثة.
- اكتب الحالة على مستويات الطريقة 65.8 الثلاثة، بجملة لكل مستوى.
- يسأل زميل لماذا لم “تصلَح” التهجئة المعطوبة بالإزالة منذ زمن بعيد. أجب بمظهر الحامل العادي — أين يختبئ p من أي حكم على آثاره؟
- الوقاية من الشمس أهم للابنة منها لوالديها الحاملين. اربط بين الصفة وزوج الأليلات والبيئة في جملة واحدة (نسيج القضية 63.4).
- اختم بصورة آلة النسخ وقد صارت دقيقة: ما الذي ينسخ، وما الذي أخطئ نسخه مرة، ولماذا ينسخ الخطأ الآن نسخًا أمينًا.
حل
حل المسألة 65.1.
1. طفرة: خطأ في نسخ مورّثة الصباغ، مرة واحدة، في خط أمشاج سلف ما — تغيرت أحرف، وفسدت التعليمات، ونسخ الخطأ نسخًا أمينًا منذ ذلك الحين.
2. لأن تعليمات P العاملة تبني الصباغ مهما كان الشريك الصامت: فيركب p محمولًا من غير إظهار — وهي كلمة الألبوم، وقد صارت جزيئية.
3. إذا كان p على الشريكين معًا فلا وجود لتعليمات عاملة عند أي من العنوانين: فآلة الصباغ — وهي ناتج المورّثة — لا تبنى قط. والصفة هي غياب تهجئة عاملة.
4. أن مورّثات الصباغ عندها هي المورّثة نفسها على نحو يعرف — تسلسلات متشابهة بالشفرة نفسها — نسخ قريبة من نص سلفي واحد، عطبت في كل نوع في تاريخه هو مستقلًا.
5. التوزيعات الأربعة: P مع P، وP مع p، وp مع P، وp مع p — متساوية الاحتمال. والبناء غير المصبوغ: فرصة من أربع.
6. القفزة: حاملان يظهران الصباغ نقلا ما لم يظهراه، فالتقت التهجئتان المستترتان — المثال 63.5 وقد جرى بآليته كاملة.
7. يحملون p جميعًا — فإسهام أمهم كله عند ذلك العنوان هو p. ولا يظهر أحد منهم الحالة: فأليل الشريك P يبني الصباغ في كل واحد منهم.
8. ركب p عند الجدة صبغيًا واحدًا من زوج؛ ووزّع تنصيف مشيجها ذلك الشريك في البويضة أو النطفة التي صنعت الوالد الحامل؛ ثم وزّعه تنصيف الوالد من جديد في المشيج الذي صنع الحفيد — من خيط إلى مشيج إلى لاقحة، مرتين.
9. العائلة: والدان يبدوان عاديين، وولد بفرصة من أربع، والحمل قد أثبتته الولادة. والصبغيات: شريكا زوج واحد يحملان P وp، منصَّفين ومعاد تركيبهما. والجزيء: مورّثة واحدة، وأليل عامل وأليل مخطأ التهجئة، وفرق التهجئة يقرر كل شيء.
10. من كل حكم: ففي الحامل يكون عطب p غير مرئي — إذ يغطيه P الشريك، فليس في بناء الحامل ما “يبلّغ” عن الخطأ. وما لا يرى لا يمكن إصلاحه بالإزالة؛ فالتهجئات المستترة تبقى إلى غير أجل.
11. صفتها (لا صباغ) موروثة — p مع p — لكن نتيجتها تعاش في بيئة ملأى بالشمس: فالصباغ الغائب كان واقي الجسم من الشمس، فتكتب البيئة عليها أكثر مما تكتب على والديها المحميين — الوراثة تضع المدى، والعالم يملؤه.
12. ما الذي ينسخ: الشريط المزدوج، وكل نصف يعيد بناء شريكه عند كل انقسام خلوي وكل جيل. وما الذي أخطئ نسخه مرة: أحرف قليلة من مورّثة الصباغ، في مشيج قديم واحد. ولماذا يبقى الخطأ: لأن آلة النسخ أمينة — تنسخ ما تجده، والأخطاء بالأمانة نفسها التي تنسخ بها المعنى.