نسخة الفيديو النصية
في هذا الفيديو، سوف نتعرف على قوانين مندل للوراثة والتجارب التي أدت إلى صياغتها. وبعد ذلك، سندرس كيفية استخدام الاحتمالية للتنبؤ بنتائج التزاوجات الوراثية. وسنراجع استخدام مربع بونت. لذا دعونا نتخيل أننا عالم نمساوي يدرس الوراثة، ونبدأ العمل.
علم الوراثة التقليدي هو دراسة الوراثة بناء على النتائج المرئية فقط، ومن المتفق عليه أن علم الوراثة التقليدي بدأ بصورة جدية مع أعمال جريجور مندل. وفي النهاية، فسرت ملاحظات متخصصي علم الوراثة التقليدي على المستوى الجزيئي، ما أدى إلى ظهور الدراسة الحديثة لعلم الوراثة كما نعرفه اليوم. كان جريجور مندل راهبًا نمساويًّا اشتهر بتجاربه التي أجراها باستخدام نبات البازلاء. وأدت هذه التجارب إلى وضع ثلاث قواعد نشير إليها بقوانين مندل. لم يكتب مندل قوانينه بنفسه، وإنما كتبها العلماء الذين درسوا عمله.
يشار إلى القانون الأول أيضًا باسم النظرية الأساسية للوراثة. وينص هذا القانون على أن الوراثة تتضمن انتقال وحدات الوراثة المنفصلة من الآباء إلى النسل. ويشار إلى القانون الثاني باسم مبدأ الانعزال. وينص هذا القانون على أنه أثناء عملية التكاثر تنفصل العوامل الموروثة التي تحدد الصفات إلى خلايا تناسلية ثم تتحد من جديد على نحو عشوائي أثناء الإخصاب. ويشار إلى القانون الثالث باسم مبدأ التوزيع المستقل. وينص هذا القانون على أن كل عامل من هذه العوامل سيورث بشكل مستقل عن الآخر. ولا تزال هذه القوانين تشكل أساس النظرية الوراثية الحديثة، ولكن مع بعض التعديلات. تذكر أن هذا البحث قد أجري قبل أن يعرف العلماء ما هو الجين، وقبل اكتشاف الحمض النووي (DNA). دعونا نلق نظرة على التجارب التي أدت إلى هذه الاستنتاجات.
أجرى مندل تجاربه على ما أسماه نباتات البازلاء الناتجة عن التهجين النقي. هذه النباتات لها أزهار تقوم بعملية تلقيح ذاتي حتى قبل تفتح البراعم. ظل مندل يرصد هذه النباتات على مدار أجيال، واختار النباتات التي كان لها دائمًا نسل يحمل الصفات نفسها، مثل نبات له أزهار أرجوانية ونسله له دائمًا أزهار أرجوانية، أو نبات له أزهار بيضاء ونسله له دائمًا أزهار بيضاء. ثم لقح هذين النوعين من النباتات معًا تلقيحًا خلطيًّا. فورث كل النسل الناتج عن هذا التزاوج صفة واحدة دون الأخرى. فكان لجميع النباتات أزهار أرجوانية. وسمى مندل ذلك النسل بالجيل الأول.
هذه نتيجة مثيرة للاهتمام بحد ذاتها، لكن مندل لم يتوقف عند هذا الحد. فقد سمح للنباتات من الجيل الأول بالتلقيح الذاتي كما فعل من قبل. وسمى ذلك النسل بالجيل الثاني. وبالرغم من أن معظمه كان له أزهار أرجوانية، فالبعض كان له أزهار بيضاء. في الواقع، من بين 929 نباتًا من نسل الجيل الثاني، كان 705 منها له أزهار أرجوانية، في حين كان 224 منها فقط له أزهار بيضاء، وهي نسبة تساوي تقريبًا ثلاثة إلى واحد. يشار إلى هذه التجربة بالتزاوج أحادي الهجين. والصفات التي تتبع هذا النمط الوراثي تسمى صفات مندلية.
أظهرت هذه التجربة أن إحدى الصفتين كانت سائدة على الأخرى؛ فالأزهار الأرجوانية هي التي ظهرت فقط في الجيل الأول، ولكن العامل المسئول عن الصفة المتنحية، وهي الأزهار البيضاء، كان موجودًا بالتأكيد في النسل؛ فعندما جرى تلقيح الجيل الأول تلقيحًا ذاتيًّا دون وجود عوامل من أي نباتات أخرى، كان الجيل بالكامل أرجواني الأزهار، ولكن بعضًا من نسله كان له أزهار بيضاء، وهي الصفة التي لا يمكن أن يكون قد ورثها إلا من جيلين سابقين. وحقيقة أن هاتين الصفتين ظهرتا دائمًا بالنمط نفسه وبالنسبة نفسها تعني أنه من المستبعد أن تكون عشوائية.
يعيدنا هذا مجددًا إلى قوانين مندل. بعد أن عرفنا الأساس الذي استندت إليه هذه القوانين، يمكننا الآن تناول كيف تمثل علم الوراثة كما نعرفه الآن مع بعض التعديلات. نعرف الآن أن هذه الوحدات الوراثية المنفصلة هي في الواقع كروموسومات مكونة من الحمض النووي (DNA). ونطلق الآن على العوامل الوراثية التي تحدد الصفات «الجينات». ونطلق على الخلايا التناسلية «الجاميتات»، وعلى عملية تكونها «الانقسام الميوزي». أما القانون الثالث، فيحتاج إلى بعض التوضيح. لذا، دعونا نلق نظرة على شكل توضيحي.
رسمت هنا نباتات بازلاء، ومثلت أربعة من كروموسوماتها. هذا الجزء من الزوج الأول من الكروموسومات يمثل جين لون الزهور. يحمل نبات البازلاء صفة اللون الأرجواني السائدة، وسنصفه بأنه متماثل الزيجوت. وهذا الجزء من الزوج الثاني من الكروموسومات يمثل الجين الخاص بلون البذور. مرة أخرى، يعبر نبات البازلاء عن صفة البذور الخضراء السائدة. لكننا سنقول هذه المرة إنه متغاير الزيجوت. كما نرى، وصف متماثل الزيجوت يعني أن الأليلين متطابقان، ووصف متغاير الزيجوت يعني أنهما مختلفان.
نعرف أنه عندما ينتج نبات البازلاء هذا الجاميتات، سيورث كروموسوم واحد فقط من كل زوج. هذه هي إذن الكيفية التي يورث بها الجين الخاص بلون الزهور والجين الخاص بلون البذور بصورة مستقلة. والآن دعونا نتخيل أن جينًا ثالثًا، وهو هذه المرة جين خاص بطول النبات، كان موجودًا أيضًا في الزوج الثاني من الكروموسومات، وأن نبات البازلاء متغاير الزيجوت لهذه الصفة أيضًا. حسنًا، إذا ورث جاميت الكروموسوم الذي يحمل الأليل السائد للون البذور، فسينتهي به الحال أيضًا بوراثة الأليل المتنحي لطول النبات. وإذا ورث جاميت الكروموسوم الذي يحمل الأليل المتنحي للون البذور، ففي هذه الحالة تحديدًا سيرث أيضًا الأليل السائد لطول النبات. بما أن صفتي لون البذور وطول النبات تشتركان في نفس الكروموسوم، فمن المرجح توريثهما معًا. إذن يمكننا أن نرى هنا أن قانون مندل الثالث ليس صحيحًا دائمًا؛ إذ إن كل كروموسوم يحمل أكثر من جين.
دعونا نتناول مثالًا آخر. نربط غالبًا بين مربع بونت وجريجور مندل وعمله. لكن مربع بونت اخترع، في الحقيقة، بعد قرابة 50 عامًا على يد عالم يدعى ريجينالد سي بونت. فابتكر بونت مربع بونت كتمثيل مرئي للتجارب التي نفذها مندل. سنعيد تجربة تزاوج أحادي الهجين من جديد، مصحوبة هذه المرة بمربعات بونت. أولًا: أجرينا تهجينًا لنبات ناتج عن تهجين نقي لصفة قرون البذور الصفراء مع نبات ناتج عن تهجين نقي لصفة قرون البذور الخضراء. وكان الجيل الأول بالكامل له قرون بذور خضراء. وهذا يخبرنا أن اللون الأخضر هو الصفة السائدة، والأصفر هو الصفة المتنحية. وبما أن النباتين الأبوين ناتجان عن تهجين نقي، فكلاهما متماثل الزيجوت. وكما هو المتوقع، يمكننا أن نرى أن النسل بالكامل أخضر اللون.
لإنتاج الجيل الثاني، سمح مندل لنباتات الجيل الأول بالتلقيح الذاتي. وكل نباتات الجيل الأول خضراء ومتغايرة الزيجوت. وبما أن النبات ملقح ذاتيًّا، يجب أن يكون جانبا مربع بونت متماثلين. عندما أجرى جريجور مندل هذه التجربة، وجد أنه من بين 580 نباتًا من نباتات الجيل الثاني، كان لـ 428 منها قرون بذور خضراء، في حين امتلك 152 منها قرونًا صفراء، وهي نسبة تعادل ثلاثة إلى واحد تقريبًا أيضًا.
ماذا عن مربع بونت؟ حسنًا، عندما نلقي نظرة على النتائج، نجد أن واحدًا، اثنين، ثلاثة من النسل المتوقع يكون أخضر اللون، وواحدًا يكون أصفر. وهذه النسبة، ثلاثة إلى واحد، هي ما نسميه نسبة النمط الظاهري؛ لأنها تخبرنا بالصفات التي يمتلكها النسل. ويمكن وصف الجيل الثاني أيضًا بنسبة النمط الجيني التي تظهر أن واحدًا من أفراد النسل سائد متماثل الزيجوت، واثنين متغايرا الزيجوت، وواحدًا متنحيًا متماثل الزيجوت، من أصل أربعة على الأرجح.
دعونا نستخدم ما تعلمناه في مثال آخر. لنقل إننا أخذنا بعض البذور من الجيل الثاني في تجربة مندل، وهجناها معًا. لكننا لا نعرف الأنماط الجينية للنباتين، باستثناء أن لأحدهما قرون بذور خضراء وللآخر قرونًا صفراء. بعد التهجين، حصلنا على نسل مكون من 47 نباتًا، 22 منها له قرون بذور خضراء، و 25 له قرون بذور صفراء. في ضوء هذه المعلومة، هل يمكننا تحديد الأنماط الجينية للأبوين من الجيل الثاني؟ حسنًا، أحد الأبوين له قرون بذور صفراء. والطريقة الوحيدة لوجود قرون بذور صفراء هي وجود نمط جيني متنح متماثل الزيجوت.
إذن نعلم أن النمط الجيني لأحد الأبوين هو gg بحرفي g صغيرين. لكن في حالة النبات الأخضر في الجيل الثاني، لدينا أبوان بقرون خضراء أحدهما متماثل الزيجوت والآخر متغاير الزيجوت. إذن ما النمط الجيني للنبات الأبوي في هذه التجربة؟ حسنًا، نسبة النمط الظاهري للنسل هي واحد إلى واحد تقريبًا. ونعرف أن أليلًا واحدًا على الأقل في النبات ذي القرون الخضراء يجب أن يكون سائدًا. وإذا ملأنا الجزء الذي نحن متأكدون منه في مربع بونت، فلن ينتج عنه حتى الآن سوى نسل أخضر. إذن نتوقع أن تتضمن هاتان الخانتان المتبقيتان نمطًا جينيًّا للنسل الأصفر، وهو أمر ضروري لتحقيق نسبة واحد إلى واحد. ونعرف بالفعل أن النمط الجيني الوحيد الذي ينتج عنه قرون بذور صفراء هو النمط gg بحرفي g صغيرين. وهكذا نكون قد عرفنا أن النمط الجيني للنبات الأبوي ذي القرون الخضراء يجب أن يكون Gg بحرف G كبير وحرف g صغير، أي متغاير الزيجوت.
بعد أن تعرفنا على قوانين مندل والتجارب القائمة عليها، وكيفية استخدام مربع بونت والنسب لتحديد الأنماط الجينية والظاهرية للآباء والنسل، دعونا نراجع سريعًا ما تعلمناه.
في هذا الفيديو، تعرفنا على قوانين مندل. تنص النظرية الأساسية للوراثة على أن الوراثة تتضمن انتقال وحدات الوراثة المنفصلة من الآباء إلى النسل. وينص قانون الانعزال على أنه أثناء عملية التكاثر، تنفصل العوامل الوراثية التي تحدد الصفات إلى خلايا تناسلية ثم تتحد من جديد بشكل عشوائي أثناء الإخصاب. وينص قانون التوزيع المستقل على أن كل عامل من هذه العوامل يورث بشكل مستقل عن الآخر. وتعرفنا أيضًا على تجارب مندل التي أدت إلى وضع هذه القوانين. واستخدمنا مربعات بونت لتوضيح تلك التجارب، وتعلمنا كيفية تحديد نسبة النمط الظاهري واستخدامها.
