جهود العلماء لمعرفة المادة الوراثية

ومن الواضح أن الجينات لابد أنها تحتوي على معلومات كثيرة متنوعة، وكان من المعروف أن البروتينات مجموعة من الجزيئات المتنوعة حيث يدخل في تركيبها ٢٠ حمضًا أمينيًا مختلفًا وتتجمع هذه الأحماض الأمينية بطرق متباينة لتعطى عددًا لا حصر له من المركبات البروتينية المختلفة بينما يدخل في تركيب DNA أربع نيوكليوتيدات فقط، ولذلك اعتقد العلماء في أول الأمر أن البروتينات هي التي تحمل المعلومات الوراثية، إلا أنه في الأربعينيات من القرن الماضي ظهر خطأ هذا الاعتقاد، حيث اتضح أن DNA هو الذي يحمل المعلومات الوراثية، واكتشاف أن DNA هو المادة الوراثية أدى إلى قيام العلماء بدراسة الأساس الجزيئي للوراثة والذي يطلق عليه عادة اسم البيولوجيا الجزيئية وهو أحد المجالات الحديثة في العلم والذي يتقدم بسرعة كبيرة جدًا.

مرّر فوق الرسم DNA جزيء يحمل المعلومات الوراثية ويتكوّن من شريطين يلتفّان حول بعضهما.

🔬 شكل 1: الحمض النووي DNA — اللولب المزدوج

• تحتوي كل خلية على DNA الذي يحمل المعلومات الوراثية.
• يتكوّن من شريطين يلتفّ كلٌّ منهما حول الآخر.
• يتكوّن DNA من الجينات التي تتحكم في وظائف الخلية.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

مرّر فوق الرسم الكروموسوم جزيء طويل من DNA والبروتينات المرتبطة به.

🔬 شكل 2: الكروموسوم

• الكروموسوم جزيء طويل من DNA والبروتينات.
• يحتوي على الجينات والمعلومات الوراثية.
• عدد الكروموسومات ثابت في خلايا الكائن الواحد.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

مرّر فوق الرسم كل جاميت يحمل نصف عدد الكروموسومات في الخلايا الجسدية.

🔬 شكل 3: الإخصاب وعدد الكروموسومات

• يندمج جاميت أنثوي مع جاميت ذكري لتكوين الزيجوت.
• البويضة والحيوان المنوي n · الزيجوت 2n.
• كل مشيج يحمل نصف المعلومات الوراثية.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

وقد تأكد من ذلك بعد حقن فئران بكتيريا (S) فماتت. بينما عند حقن مجموعة أخرى من الفئران بكتيريا (R) فلم تمت.

مرّر فوق الرسم السلالة متغير وراثي أو نوع فرعي للكائن الحي.

🔬 شكل 4: سلالات البكتيريا S و R

• سلالة S مميتة · سلالة R غير مميتة.
• فرق شكلي بين السلالتين (ملساء وخشنة).
• كلاهما يسبب التهابًا رئويًا بدرجات مختلفة.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

مرّر فوق الرسم S مميتة تقتل الفئران · R غير مميتة لا تسبب الموت.

🔬 شكل 5: حقن سلالتي S و R

• الفئران المصابة بـ S مميتة ماتت بالالتهاب الرئوي.
• الفئران المحقونة بـ R غير مميتة بقيت على قيد الحياة.
• هذه الملاحظات أساس التجارب اللاحقة.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

مرّر فوق الرسم S ميتة + R حية → موت الفئران · S حية في جثثها.

🔬 شكل 6: S ميتة + R حية — التحول

• خليط S ميتة بالحرارة مع R حية أودى ببعض الفئران.
• عند الفحص وُجدت بكتيريا S حية في الفئران الميتة.
• R تحوّلت مظهرًا وطبيعة إلى S مميتة.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

وقد تمكن (أظري) وزملاؤه من عزل مادة التحول البكتيري التي تسببت في تحول بكتيريا غير المميتة إلى سلالة البكتيريا (S) الميتة وعند تحليل هذه المادة وجد أنها تتكون من DNA.

وتفسّر النتائج السابقة على أن إحدى السلالات البكتيرية قد امتصت DNA الخاص بسلالة أخرى - واكتسبت هذه البكتيريا خصائص البكتيريا التي أتى منها DNA، وأهم من ذلك أن هذا التحول البكتيري للبكتيريا المستقبلة قد انتقل إلى الأبناء.

وقد أثير في أول الأمر اعتراض على أن DNA هو المادة الوراثية وذلك على أساس أن الجزء من DNA الذي سبب التحول لم يكن على قدر كاف من النقاوة، ولذلك كانت به كمية من البروتين هي التي سببت هذا التحول.

مرّر فوق الرسم مخطط التحول البكتيري: سلالة ملساء S وسلالة خشنة R.

🔬 شكل 7: مخطط تجربة جريفت — التحول البكتيري

• سلالتان: S مميتة ملساء · R غير مميتة خشنة.
• حقن صور مختلفة من السلالات في الفئران.
• S ميتة + R حية → تحوّل R إلى S مميتة.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

وهناك دليل آخر على أن DNA هو المادة الوراثية يأتى من الدراسات التي أجريت على لاقمات البكتيريا (فاج للاختصار)، وقد كان من المعروف قبل ذلك أن الفاج الذي استخدم في هذه التجارب يتكون من DNA وغلاف بروتيني يحيط به ويمتد ليكون مايشبه الذيل الذي يتصل بالخلية البكتيرية التي يهاجمها، وقد لوحظ أنه بعد حوالي ٣٢ دقيقة من اتصال الفيروس بالخلية البكتيرية تنفجر الخلية البكتيرية، ومن الواضح أن مادة ما (أو مجموعة مواد) مرت من الفيروس إلى الخلية البكتيرية تحتوى على جينات الفيروس.

ومن المعروف أن DNA يدخل في تركيبه الفوسفور (كما سنرى فيما بعد) الذي لايدخل عادة في بناء البروتين، كما أن البروتين قد يدخل في تركيبه الكبريت والذي لايدخل في تركيب DNA.

وقد استغل هيرشي وتشيس هذه الحقيقة في إجراء تجربة هامة حيث قاما بترقيم DNA الفيروسي بالفوسفور المشع وترقيم البروتين الفيروسي بالكبريت المشع، ثم سمحا لهذا الفيروس بمهاجمة البكتيريا وقاما بالكشف عن كل من الفوسفور المشع والكبريت المشع في داخل وخارج الخلايا البكتيرية، وقد أظهرت نتائج هذه التجربة أن كل DNA الفيروسي تقريبا قد دخل إلى داخل الخلية البكتيرية، بينما لم يدخل بروتين الفيروس إلى البكتيريا أي أن DNA الفيروسي هو الذي يدخل إلى الخلية البكتيرية ويدفعها إلى بناء فيروسات جديدة.

مرّر فوق الرسم فيروس يُصيب البكتيريا · غلاف بروتيني + مادة وراثية.

🔬 شكل 10: فيروس البكتيريوفاج

• فيروس يُصيب البكتيريا ويتكاثر داخلها.
• غلاف بروتيني يحيط بالمادة الوراثية.
• يحقن المادة الوراثية ثم تنفجر الخلية بعد ~٣٢ دقيقة.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

مرّر فوق الرسم فوسفور مشع في DNA · كبريت مشع في البروتين.

🔬 شكل 11: تجربة هيرشي وتشيس

• فيروسات بفوسفور مشع (DNA) وكبريت مشع (بروتين).
• إصابة مزرعتين مختلفتين من البكتيريا.
• DNA المشع داخل البكتيريا · البروتين المشع خارجها.

💡 اقرأ نقاط الشرح أسفل الرسم — كل نقطة تربط الرسم بالمفهوم.

والاستنتاج من تجارب التحول البكتيري والتجارب التي أجريت على الفاج هو أن الجينات على الأقل تلك الخاصة ببكتيريا الالتهاب الرئوي والفاج - تتكون من DNA.

لاحظ أننا قصرنا هذه الاستنتاجات على الكائنات الحية التي أجريت عليها التجارب. والسؤال التالي هو: هل كل الجينات عبارة عن DNA؟

والاجابة عن هذا السؤال بالنفي وذلك لأن هناك بعض الفيروسات لا يدخل DNA في تركيبها بل ثبت أن RNA هو المادة الوراثية في هذه الفيروسات. إلا أن هذه الفيروسات بالتأكيد تشذ عن القاعدة حيث انها تكون جزءًا صغيرًا من صور الحياة، وعلى ضوء الدراسات العديدة التي أجريت حتى الآن تأكد أن DNA هو المادة الوراثية لكل صور الحياة تقريبًا.

هناك دليل مادي آخر على أن DNA هو المادة الوراثية في حقيقيات النواة فعند مقارنة كمية DNA في أنواع مختلفة من الخلايا الجسدية لكائن معين (مثل الدجاج) وجد أنها متساوية، بينما عند قياس كمية البروتين في نفس أنواع الخلايا وجد أنها غير متساوية.

وعند مقارنة كمية DNA في الخلايا الجسدية والخلايا الجنسية (الأمشاج) لنفس الكائن الحي، وجد أن كمية DNA في الخلايا الجنسية (الأمشاج) تعادل نصف كمية DNA الموجودة في الخلايا الجسدية.

وحيث إن الفرد الجديد ينشأ عن اتحاد مشيج مذكر مع مشيج مؤنث لذا يجب أن يحتوى كل مشيج على نصف المعلومات الوراثية الموجودة في الخلية الجسدية وإلا فإن المادة الوراثية ستتضاعف في كل جيل بينما لايتفق هذا مع البروتين مما ينفى أن البروتين يعمل كمادة وراثية ومن جهة أخرى فإن البروتينات يتم هدمها وإعادة بنائها باستمرار في داخل الخلايا، بينما يكون DNA ثابتًا بشكل واضح في الخلايا.