شارح الدرس: وراثة الجينات العلوم • الصف الثالث الإعدادي

في هذا الشارح، سوف نتعلَّم كيف نَصِف وراثة الجينات من الأبوين إلى النسل، ونوضِّح الفرق بين الجينات السائدة والمتنحِّية.

الحمض النووي الريبوزي المنقوص الأكسجين (DNA) عبارة عن جزيء موجود داخل كل خلية يحتوي على جميع المعلومات اللازمة لتكوين الفرد. الحمض النووي (DNA) عبارة عن جزيء لولبي طويل جدًّا يحتوي على جينات. الجينات هي تتابعات الحمض النووي (DNA) التي تحتوي على تعليمات لإنتاج الجزيئات والبروتينات. تخيَّل أن الحمض النووي (DNA) كتاب طهي فريدًا من نوعه يُستخدم ليجعلك متميِّزًا عن غيرك. وتُشبه الجينات الوصفات الموجودة داخل كتاب طهي الحمض النووي. يوجد في البشر أكثر من ٢٣‎ ‎٠٠٠ جين تحمل التعليمات اللازمة لتكوين كل خلية في أجسامهم. هذا يُكوِّن كتاب طهي عملاقًا، أليس كذلك؟ وبوجهٍ عام، نحصل على الجينات من كلٍّ من الأبوين البيولوجيين. يعني هذا أنه سيصبح لدينا نسختان من كل وصفة. سنرى كيف تُستخدم هاتان النسختان لإنتاج شخص متميز عن غيره.

تتيح الجينات وراثة صفات معيَّنة من أحد الأجيال إلى الجيل التالي. عندما ينقُل كائن حي الجينات إلى الأبناء (الذين يُطلَق عليهم النسل)، يُقال إن النسل ورث جينات أَبَوَيْه. تُنتِج البروتينات التي تشفِّرها الجينات صفات وسمات وخواص جسمانية ظاهرية يمكن انتقالها من الآباء إلى الأبناء.

جزيئات الحمض النووي (DNA) طويلة جدًّا. يبلغ طول جزيء الحمض النووي (DNA) البشري في خلية واحدة فقط ما بين مترين إلى ثلاثة أمتار. وبما أن الخلايا البشرية مجهرية، فإن الخلايا تضغط هذا الحمض النووي الطويل في تراكيب خيطية الشكل صغيرة جدًّا تُسمَّى الكروموسومات، كما هو موضَّح في شكل ١. تضغط الكروموسومات الحمض النووي بإحكام؛ بحيث يُوضَع جميع الحمض النووي للخلية داخل النواة؛ حيث توجد الكروموسومات البشرية.

يرث النسل الجينات؛ ومن ثَمَّ الصفات من الأب والأم البيولوجيين. وجينات النسل عبارة عن مجموعات فريدة من نوعها من جينوم الأبوين، ويُظهِر الأطفال مزيجًا من صفات الأبوين.

تلعب الكروموسومات دورًا محوريًّا في وراثة الجينات. تحتوي الخلايا العادية في جسم الإنسان على ٤٦ كروموسومًا، وتتكوَّن من ٢٣ زوجًا من الكروموسومات. هذه الأزواج من الكروموسومات، التي عددها ٢٣ زوجًا، موضَّحة في شكل ١. لكن الخلايا التناسلية (أي الحيوانات المنوية والبويضات) تحتوي فقط على ٢٣ كروموسومًا إجمالًا.

عند تكاثر كائنين حيين لإنتاج النسل، تندمج خلاياهما التناسلية في عملية تُسمَّى الإخصاب. خلال هذه العملية يندمج الحيوان المنوي من الأب مع البويضة من الأم لإنتاج خلية جديدة. هذه العملية موضَّحة في شكل ٢.

ومن ثَمَّ، تُسمَّى الخلية الجديدة بالزيجوت، وتحتوي على مجموعة كاملة من الكروموسومات عددها ٤٦ كروموسومًا. بعد ذلك ينقسم الزيجوت إلى العديد من الخلايا التي تنمو فيما بعدُ إلى كائن حي مكتمل. عندما ينقسم الزيجوت إلى مزيد من الخلايا، تحمل كل خلية بنوية ٤٦ كروموسومًا. ولذلك تحتوي نواة كل خلية من الخلايا الجسدية (الجسمية) على ٤٦ كروموسومًا.

مثال ٢: تحديد عدد الكروموسومات في نواة خلية بعد الإخصاب

يوضِّح الشكل المخطَّط الأساسي لعملية الإخصاب.

يتكوَّن الزيجوت بعد الإخصاب. الزيجوت الموضَّح في الشكل به ٤ خلايا. ما عدد الكروموسومات التي تكون في نواة كلِّ خلية من هذه الخلايا؟

الحل

أثناء عملية الإخصاب، تُخصِّب خلية الحيوان المنوي من الأب البيولوجي خلية البويضة من الأم البيولوجية. تدمج كلتا الخليتين المادة الوراثية للأبوين لتكوين خلية جديدة تُسمَّى الزيجوت. يأتي نصف جينوم الزيجوت من الأب، والنصف الآخر من الأم.

تحمل كلٌّ من خلية الحيوان المنوي وخلية البويضة ٢٣ كروموسومًا. الكروموسومات تراكيب خيطية الشكل تتكوَّن من جزيئات ملتفة بإحكام من الحمض النووي. تتحد خليتا الحيوان المنوي والبويضة أثناء الإخصاب لتكوين زيجوت يحمل ٤٦ كروموسومًا.

يبدأ الزيجوت بعد ذلك في الانقسام الخلوي. وينقسم إلى خليتين، ثم إلى أربع خلايا، ثم إلى ثماني خلايا، وهكذا. في النهاية، يصبح طفلًا بعد العديد من مراحل الانقسام والنمو. بوجهٍ عام، عندما تنقسم الخلايا، فإنها تنسخ نفس عدد الكروموسومات بالضبط، ثم تقسِّمها على الخلايا الجديدة. وبناءً على ذلك، تحتوي جميع الخلايا البنوية على نفس عدد كروموسومات الخلية الأبوية.

وبما أن الزيجوت يحتوي على ٤٦ كروموسومًا في بداية نموه، إذن ستحتوي جميع خلاياه البنوية (التي تكوِّن الخلايا الجسمية) على ٤٦ كروموسومًا أيضًا. إذن، بعد مرحلتين من الانقسام الخلوي عقب عملية الإخصاب (الذي يُنتِج أربع خلايا)، ستحتوي كل خلية على ٤٦ كروموسومًا.

بما أن كل زوج من الكروموسومات يتكوَّن من كروموسوم واحد من كلٍّ من الأبوين، فإن كل فرد في النسل يرث مزيجًا فريدًا من الجينات من الأم والأب. ومع نمو الكائن الحي ونضوجه، يكتسب مزيجًا فريدًا من صفات كلا الأبوين؛ لأن الجينوم الخاص به يحتوي على مزيج من الجينات الموروثة من الأم والأب.

وعندما يصل الإنسان إلى مرحلة النضج الجنسي، يبدأ إنتاج الحيوانات المنوية أو البويضات أو الجاميتات. يحتفظ كل جاميت بكروموسوم واحد عشوائيًّا من كل زوج من أزواج الكروموسومات التي عددها ٢٣ زوجًا. ومن ثَمَّ، تحتوي الحيوانات المنوية والبويضات الناتجة على ٢٣ كروموسومًا مختارًا بطريقة عشوائية.

تحتوي بعض الأنواع الأخرى من الكائنات الحية على أعداد مختلفة من الكروموسومات. على سبيل المثال، تحتوي حيوانات الشمبانزي على ٤٨ كروموسومًا مرتَّبًا في أزواج عددها ٢٤ زوجًا من الكروموسومات. لكنهم يشبهون البشر في مرحلة النضوج الجنسي؛ فلا تحتوي جاميتات هذه الحيوانات إلا على نصف كروموسومات الخلايا الجسمية. وبذلك تحتوي هذه الجاميتات على ٢٤ كروموسومًا.

كما يُورَّث العديد من الصفات. يعني هذا أن الصفات التي يشفرها أي جين يمكن أن تنتقل من الأبوين إلى الأبناء. لكن ثمة بعض الصفات لا يتوارثها الكائن الحي، بل يكتسبها خلال حياته. تَنتج الصفات المكتسبة من التفاعلات مع البيئة المحيطة، ولا يمكن انتقالها من الأبوين إلى نسلهما.

على سبيل المثال، فصيلة الدم ولون العين ولون الشعر الطبيعي كلها صفات موروثة. إذا كان لدى طفل عينان زرقاوان، فلا بد أن يحمل كلًّا من أبويه جين العينين الزرقاوين. وقد ينقل الطفل هذا الجين المسئول عن العينين الزرقاوين إلى أبنائه في وقت لاحق من حياته.

من ناحية أخرى، تُعَد الثقوب والندوب ورسوم الوشم أمثلة على الصفات المكتسبة. على سبيل المثال، إذا أُصيب شخص بندبة بعد أن سُحِجت ركبته وهو يلعب الرجبي، فإن هذه الندبة تكون نتيجة تفاعل هذا الشخص مع البيئة المحيطة، وليست نتيجة الجينات الوراثية. ومن ثَمَّ، لن ينقل هذا الشخص هذه الندبة إلى أبنائه.

للجينات نسخ مختلفة. من بينها توجد بعض النسخ السائدة على الأخرى. عندما تكون نسخة الجين سائدة على نسخة أخرى، فإننا نعبِّر دائمًا عن النسخة السائدة باعتبارها سمة. عادةً ما تكون النسخة المتنحية (أي النسخة غير السائدة) مخفية ما لم يمتلك الكائن الحي نسختين من الجين المتنحي. في هذه الحالة، يُظهِر الكائن الحي السمة المشفرة من خلال النسخة المتنحية.

على سبيل المثال، تُعَد نسخة جين النمش في البشر صفة سائدة على نسخة جين انعدام النمش. كما هو موضَّح في شكل ٣، افترض أن طفلًا يرث جين النمش من الأب، وجين انعدام النمش من الأم. في هذه الحالة، سيكون لدى الطفل نمش؛ لأن نسخة النمش الموروثة من الأب سائدة على نسخة انعدام النمش الموروثة من الأم.

لكن نفترض أن الطفل ورث نسختين من جين انعدام النمش من كلا الأبوين. في هذه الحالة، لن يكون لدى الطفل نمش؛ لأنه لا توجد أي نسخة سائدة تخفي صفة الجين المتنحي.

يتمثَّل أحد الجوانب المهمة هنا في أنه على الرغم من أن النسل يحمل الجينات من كلا الأبوين، فإن الصفات لا تُمثِّل دائمًا مزيجًا من خواص الأبوين. الأم التي لديها عينان زرقاوان، والأب الذي لديه عينان بنيتان، لن يكون لأبنائهما عيون زرقاء-بُنية؛ لأن جين العيون البُنية سائد على جين العيون الزرقاء. إذن سيكون لأبنائهما بدلًا من ذلك عيون بُنية.

مثال ٤: التعرُّف على الجينات المتنحية

يوضِّح الشكل الآتي كيفية وراثة لون العيون في البشر. ما المصطلح الذي يُطلَق على الجين الذي يُنتِج العيون الزرقاء في هذا المثال؟

1. خاضع
2. غير نشط
3. مُتنحٍّ
4. سلبي
5. سائد

الحل

الجينات هي تتابعات الحمض النووي (DNA) التي تشفر المعلومات الضرورية لتكوين البروتينات. تشكل هذه البروتينات أساس الصفات الجسمانية الظاهرية التي يمكن ملاحظتها بالعين المجردة. على سبيل المثال، تُشفر الجينات تعليمات لون العين التي يرثها الشخص. وتقع الجينات في تراكيب تُسمَّى كروموسومات.

كل شخص لديه ٤٦ كروموسومًا في كل خلية من خلاياه الجسمية الطبيعية. تُرتَّب هذه الكروموسومات التي عددها ٤٦ كروموسومًا في ٢٣ زوجًا من الكروموسومات. يتكوَّن كل زوج من الكروموسومات من كروموسوم موروث من الأم البيولوجية للشخص، وكروموسوم آخر موروث من الأب البيولوجي

إضافةً إلى ذلك، يحمل كل شخص نسختين من كل جين: جين من الأم، وجين آخر من الأب. تقع الجينات الموروثة من الأم على كروموسومات الأم، وتقع الجينات الموروثة من الأب على كروموسومات الأب.

للجينات نسخ مختلفة. بعض نسخ الجينات تكون سائدة على نسخ الجينات الأخرى. عندما يحتوي الكائن الحي على نسخة جين سائد، فإن الصفة التي يشفرها هذا الجين تُخفي الصفة الأخرى لنسخة الجين، حتى في حال وجودها في جينوم الكائن الحي. ونسخ الجينات التي تخفيها الجينات السائدة يُطلَق عليها الجينات المتنحية.

نسخة جين العيون البُنية سائدة. عندما يحمل شخص ما نسخة جين العيون البُنية، يكون لديه دائمًا عينان بُنيتان. حتى إذا كان لديه أيضًا جين العيون الزرقاء (وهو جين متنحٍّ) على الكروموسوم الآخر، فسيظل لديه عينان بُنيتان؛ وذلك بسبب الجين السائد.

وبما أن الطفل المذكور في السؤال يحمل كلًّا من جين العيون الزرقاء (على الكروموسوم الأيسر) وجين العيون البنية (على الكروموسوم الأيمن)، وهو بعينَيْن بُنِّيتن، إذن هذا يعني أن جين العيون البنية سائد. إذن لا بد أن يكون جين العيون الزرقاء متنحيًا.

الوراثة مهمة للغاية في الكائنات الحية. تسمح الوراثة للكائنات الحية بنقل الجينات، وهو ما يسمح لها بالبقاء على قيد الحياة والتكاثر.