شارح الدرس: تجارب مندل العلوم • الصف الثالث الإعدادي

مثال ١: تحديد الصفات الوراثية في الإنسان

تنتقل بعض الصفات من الآباء إلى الأبناء. من أمثلة ذلك أن الطفل قد يكون له نفس لون عين أحد والدَيْهِ. ما المصطلح الذي يُطلَق على هذه الصفات؟

1. محدَّدة
2. مُكتسَبة
3. مُميِّزة
4. سائِدة
5. وراثية

الحل

الصفات تباينات لخواصَّ يُمكن ملاحَظتها. تتضمَّن أمثلة ذلك لون عين شخصٍ ما، ولون البشرة، والطول، وفصيلة الدم. وعلى الرغم من أن لون العين يُعَدُّ خاصية أو صفة عامَّة لكائن حي محدَّد، إلَّا أنه يُوجَد مصطلح أكثر دقَّة يُمكن استخدامه. وبناءً على ذلك، فالخيار «مميِّزة» غير صحيح.

تَنتُج بعض الصفات من تفاعُل الكائنات الحية مع البيئة المُحيطة، ولا تُورَّث من الآباء. وتتضمَّن هذه الصفات حجم العضلات نتيجة لرفع الأثقال، ونمو الجلد السميك في اليدين والقدمين نتيجة للقيام بأعمال عضلية شاقَّة. يُعرَف هذا النوع من الصفات باسم «الصفات المُكتسَبة». ونظرًا لأن لون العين لا يَنتُج من تفاعُلات الكائنات الحية مع البيئة المُحيطة، فهو ليس صفةً مُكتسَبة. ومن ثَمَّ، فإن الخيار «مُكتسَبة» غير صحيح.

بعض الصفات تحجب صفاتٍ أخرى. على سبيل المثال، إذا أنجب أبوان أحدهما عيناه بُنِّيتان والآخَر عيناه زرقاوان، فمِن المرجَّح أن يكون لون عينَيِ الطفل بُنِّيًّا. وسبب ذلك أن صفة العين البُنِّية تحجب صفة العين الزرقاء عند الطفل. تُعرَف هذه العلاقة بين الصفات باسم «السيادة». فصفة العيون البُنِّية سائِدة على صفة العيون الزرقاء. وعلى الرغم من أن بعض ألوان العيون تكون سائدة على ألوان أخرى، إلَّا أنه لا تُوجَد معلومات كافية لتحديد إذا ما كان لون عينَيِ الطفل سائدًا. وعليه فإن الخيار «سائِدة» غير صحيح.

بما أن بعض الصفات تُكتسَب نتيجةً للتفاعُلات مع البيئة المُحيطة، فإن بعضها الآخَر يَنتقل داخل العائلات. مثلًا صفاتٌ مثل لون العين والطول ولون الشعر الطبيعي يَرِثها الشخص من أبويه. وبما أن هذه الصفات تُورَّث، إذن هي صفات وراثية.

ومن ثَمَّ، فإن الخيار «وراثية» صحيح.

مثال ٢: تحديد أسباب استخدام مندل نبات البازلاء في تجارب الوراثة الخاصة به

أيٌّ من الآتي ليس أحد أسباب اختيار مندل نبات البازلاء لإجراء تجاربه؟

1. يُمكِن تلقيح نبات البازلاء ذاتيًّا أو صناعيًّا عن طريق البشر؛ ولذا استطاع مندل بحث تأثير التلقيح الذاتي والتلقيح الخلطي.
2. ينمو نبات البازلاء بسرعة؛ ولذا استطاع مندل إنتاج الكثير منها في فترة زمنية قصيرة.
3. لنبات البازلاء أزواج من الصفات المتباينة؛ على سبيل المثال: يُمكِن أن تكون قرونه صفراء أو خضراء.
4. نبات البازلاء نادر جدًّا؛ ولذا عرَف مندل أنه لا أحد غيره كان يُجرِي هذه التجارب.

الحل

في القرن التاسع عشر، كان مندل راهبًا، وقد أجرى تجارب على نبات البازلاء لدراسة كيفية انتقال الصفات بين الأجيال.

اختار مندل نبات البازلاء على وجه التحديد لإجراء تجاربه لعدَّة أسباب. يُمكن زراعة نبات البازلاء بسهولة، كما أنه ينضج بسرعة. وقد أراد مندل دراسة كيفية انتقال الصفات بين الأجيال. ونظرًا لأن نبات البازلاء ينمو بسرعة كبيرة، ويَصِل إلى مرحلة النضج الجنسي في غضون أسابيع، استطاع مندل تقصير مدَّة تجاربه. وإذا اختار مندل حينها نوعًا آخَر من النباتات التي تنمو ببطء شديد، لاستغرق الأمر سنوات حتى يتكاثر النبات ويُنتِج نسلًا، وهو ما كان سيجعل مدَّة تجاربه طويلة للغاية.

بالإضافة إلى ذلك، يَحمِل نبات البازلاء صفات متباينة يَسهُل ملاحَظتها ودراستها. على سبيل المثال، قد يكون لون بذور نبات البازلاء أو قرونه خضراء أو صفراء، وقد يكون ملمس البذرة مجعَّدًا أو أملس، كما يُمكن أن يكون النبات نفسه قصيرًا أو طويلًا. وقد ساهَم ذلك في سهولة تتبُّع ودراسة توزيع الصفات وتباينها أثناء إجراء التجارب.

وأخيرًا يَستطيع نبات البازلاء إخصاب نفسه ذاتيًّا (حيث تُخصِّب حبوب لقاح النبات البويضة الموجودة في النبات نفسه، لإنتاج نباتات متطابقة وراثيًّا)، ويُمكن أيضًا تلقيحه خلطيًّا (حيث تخصِّب حبوب لقاح النبات بويضة نبات آخَر، لإنتاج نباتات مختلفة وراثيًّا). واستخدم مندل هذا لصالِحه. قد تمكَّن من اختيار النباتات التي ستُهَجَّن مع نباتات معيَّنة أخرى، وهو ما أضفى تحكُّمًا مدروسًا على تجاربه.

يُعَدُّ نبات البازلاء من نباتات الحدائق الشائعة. البازلاء ليس نباتًا نادرًا. وقد اختار مندل نبات البازلاء لسهولة زراعته، وقِصَر عُمْر جيله، واحتوائه على صفات متبايِنة، إلى جانب إمكانية التحكُّم في النباتين اللذين يهُجَّنان معًا. ولكن تجدر الإشارة إلى أن مندل لم يكن أوَّل شخص يَستخدِم نبات البازلاء في أغراض علمية؛ حيث أجرى علماء آخَرون تجارب على نبات البازلاء قبله.

باستخدام هذه المعلومة، دعونا نلقِ نظرةً على خيارات الإجابة لدينا. نلاحِظ أن هناك خيارًا واحدًا فقط يمثِّل سببًا غير صحيح لاختيار مندل نبات البازلاء، وهو أن نبات البازلاء نادِر جدًّا؛ ولذا عرَف مندل أنه لا أحد غيره كان يُجرِي هذه التجارب.

مثال ٣: تحديد السبب وراء خطوات مندل التجريبية في نباتات البازلاء

أجرى مندل تجارب لاكتشاف كيفية تحديد لون البذور في نبات البازلاء. عندما أحضر مندل نباتًا لاستخدامه في تجربته، قطع الأسدية من أزهاره. لماذا؟

1. لمنع النبات من إنتاج البذور
2. لكي يتمكَّن من تحديد تتابُع الحمض النووي للنبات
3. لضمان عدم قُدْرة النبات على إجراء تلقيح خلطي
4. لتوفير مساحة أكبر لنمو البذور
5. لضمان عدم حدوث تلقيح ذاتي للنبات

الحل

كان مندل راهبًا ورائدًا في التجارب الوراثية، وقد أجرى تجاربه على نبات البازلاء في القرن التاسع عشر. درس مندل بشكل متأنٍّ كيف تُورَّث الصفات بين أجيال نبات البازلاء قبل اكتشاف الحمض النووي (DNA)، وهو يُعَدُّ مؤسِّس علم الوراثة. ونظرًا لأن عمله سَبَق اكتشافَ تتابُع الحمض النووي، فالخيار الذي يُشير إلى خطوة التجربة التي تَسمَح له بتحديد تتابع الحمض النووي للنبات غير صحيح.

على وجه التحديد، تناول مندل كيفية انتقال صفات مثل الطول ولون البذرة وملمسها بين أجيال نبات البازلاء. ولأن النباتات تُنتَج من البذور، لم يُغيِّر مندل نباتات البازلاء لمنْع إنتاج البذور. وفي الواقع، أراد مندل أن تُنتِج النباتات بذورًا لمعرفة الصفات والسمات التي يَحمِلها نسلها. من ثَمَّ، فإن الخيار الذي ينصُّ على أن مندل منع النبات من إنتاج البذور غير صحيح أيضًا.

أجرى مندل تجاربه عن طريق تلقيح نباتات محدَّدة مع نباتات أخرى. ولكي يفعل ذلك، لقَّح مندل نباتات صناعيًّا، وتحكَّم أيُّ النباتات ستُخصِّب خلاياها الذكرية البويضاتِ الخاصة بنباتات معيَّنة. تُعرَف العملية التي فيها تُخصَّب بويضة نباتٍ ما بخلية ذكرية لنباتٍ آخَر باسم «التلقيح الخلطي». وبما أن مندل لقَّح نباتات من خلال التلقيح الخلطي لدراسة صفات نسلها، فإن الخيار الذي يُشير إلى أنه أراد ضمان عدم قُدْرة النبات على إجراء تلقيح خلطي غير صحيح.

الأسدية هي أعضاء الإخصاب الذكرية في النبات. وتحتوي على المتك، وهي أجزاء صغيرة تُنتِج حبيبات اللقاح. داخل حبيبات اللقاح هذه، تُوجَد الخلايا الذكرية للنبات، التي يُمكنها إخصاب نباتات أخرى. وقطْع الأسدية لا يُساعِد على توفير مساحة أكبر لنمو البذور. وعليه فإن الخيار الذي يُشير إلى خلاف ذلك غير صحيح أيضًا.

تُخصِّب نباتات البازلاء نفسها ذاتيًّا، وهو ما يعني أن الخلايا الذكرية الموجودة في حبيبات اللقاح يُمكنها إخصاب بويضات النبات نفسه الموجودة في الكربلة، وهي العضو الأنثوي في النبات. وتَستطيع نباتات البازلاء تلقيح نفسها ذاتيًّا لتُنتِج نسلًا متطابقًا وراثيًّا مع النبات الأبوي.

أراد مندل منع حدوث الإخصاب الذاتي؛ حيث تحكَّم بدقَّة في اختيار النباتات التي تُخصَّب. وإذا كان مندل قد سمح بحدوث تلقيح ذاتي للنبات، لكان من الصعب استخلاص نتائج بشأن انتقال الصفات من الآباء إلى النسل. ومن ثَمَّ، لكي يتحكَّم في تجاربه، قطع مندل الأسدية لضمان عدم احتواء النبات على أيِّ حبوب لقاح يُخصِّب بها نفسه.

وعليه تكون الإجابة الصحيحة هي «لضمان عدم حدوث تلقيح ذاتي للنبات».

مثال ٤: وصْف أنواع نُسَخ صفات لون البذرة

يوضِّح الشكل كيف جمع مندل بين المادة الوراثية من نبات يُنتِج بذورًا صفراء والمادة الوراثية من نبات يُنتِج بذورًا خضراء. لاحَظَ مندل أن جميع النباتات لا تُنتِج إلَّا بذورًا صفراء. ما المصطلح الذي يُمكِن استخدامه لوصْف صفة البذور الصفراء؟

الحل

أجرى مندل، وهو راهب عاش في القرن التاسع عشر، تجارب على نبات البازلاء لكي يَفهَم كيفية انتقال الصفات بين الأجيال. لقَّح مندل نبات البازلاء صناعيًّا، وعلى وجه التحديد، لقَّح نباتات تُظهِر صفات محدَّدة بعضها مع بعض لمعرفة الصفات التي سيَحمِلها نسلُها.

في إحدى التجارب، لقَّح مندل نباتًا يُنتِج بذورًا صفراء مع نبات يُنتِج بذورًا خضراء. حمل كلُّ نباتات النسل الناتج من ذلك التلقيح بذورًا صفراء. وسُمِّي هذا الجيل بالجيل . عندما لُقِّحت نبتتان لهما بذور صفراء من الجيل معًا، ظهرت صفة اللون الأخضر مرَّة أخرى. حيث أظهر بعض النباتات الناتجة بذورًا صفراء، وأظهر بعضها الآخَر بذورًا خضراء.

بناءً على نتائج هذه التجربة، وضَع مندل قانون السيادة. ينصُّ هذا القانون على أن الكائنات الحية الهجينة (مثل نبات البازلاء الناتج من نبات ذي بذور صفراء ونبات ذي بذور خضراء) ستُظهِر فقط نسخة الصفة السائِدة وستَحجُب نسخة الصفة المتنحِّية. في هذا المثال، صفة البذور الخضراء متنحِّية؛ لأنها اختفت في وجود صفة البذور الصفراء. وبما أن صفة البذور الصفراء ظهرت في الكائن الحي الهجين، إذن هي صفة سائدة.

ومن ثَمَّ، فإن المصطلح الذي يُمكن استخدامه لوصْف صفة البذور الصفراء هو «سائدة».