فيديو الدرس: تجارب مندل العلوم

نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعرف على جريجور مندل وتجاربه على نبات البازلاء. وسنفهم كيف أجرى مندل هذه التجارب وكيف طورت فهمنا لعلم الوراثة. وسنلقي نظرة أيضًا على قوانين الوراثة التي نشأت من تجارب مندل.

ربما تكون قد سمعت عن جريجور مندل من قبل. بالنسبة إلى الكثيرين، يعد مندل مؤسس علم الوراثة، لكنه لم يكن عالمًا فقط. فقد كان جريجور مندل راهبًا، وكان بستانيًّا ماهرًا أيضًا. كان مندل مهتمًّا بالوراثة والصفات التي تنقلها الكائنات الحية إلى نسلها. واختار أن يدرس وراثة صفات معينة في نباتات البازلاء.

اختار مندل نباتات البازلاء لإجراء تجاربه لبضعة أسباب مختلفة. أولًا: توجد نباتات البازلاء بشكل شائع وتنمو بسهولة. كما أنها تنمو بسرعة مقارنة بالنباتات الأكبر حجمًا مثل الأشجار. ثانيًا: يوجد لدى نباتات البازلاء الكثير من السمات المتباينة أو المميزة للصفات. على سبيل المثال، يحتوي بعض نباتات البازلاء على بذور خضراء، ويحتوي بعضها الآخر على بذور صفراء. وبعض نباتات البازلاء له زهور حمراء، وبعضها الآخر له زهور بيضاء. وأخيرًا، يمكن أن تنتج نباتات البازلاء النسل ببضع طرق مختلفة. فيمكن تلقيحها خلطيًّا بصورة طبيعية بنباتات بازلاء أخرى، أو يمكن لنبات واحد أن يلقح نفسه ذاتيًّا. ويمكن أيضًا تلقيحها صناعيًّا، وهو ما يحدث عندما ينقل الإنسان حبوب اللقاح لتلقيح أحد النباتات خلطيًّا أو ذاتيًّا.

والآن بعد أن عرفنا بعض المعلومات عن مندل ونباتات البازلاء الخاصة به، دعونا نلق نظرة على ما كان يدرسه، وهو الوراثة. إذن، ما المقصود بالوراثة؟ في علم الأحياء، تشير الوراثة إلى الصفات أو السمات التي تنتقل من الأبوين إلى نسلهما. على سبيل المثال، يمكن أن يتكاثر هذان النباتان وينقلان سمة الزهور الحمراء الخاصة بهما إلى نسلهما. ونلاحظ الوراثة أيضًا في البشر، وربما تكون قد لاحظت ذلك بنفسك. على سبيل المثال، إذا كان أبوك وأمك البيولوجيان لديهما عيون خضراء، فهناك احتمال كبير أن يكون لك ولأشقائك عيون خضراء.

قبل تجارب مندل، اعتقد العلماء بوجه عام أن صفات الكائن الحي تنتج عن مزج صفات أبويه. ومثال ذلك أنه إذا تكاثر نبات زهوره حمراء مع نبات زهوره بيضاء، فستكون زهور نسلهما وردية فقط نتيجة لمزج لوني زهور الأبوين الأحمر والأبيض. لاحظ مندل أنه على الرغم من أن هذا يحدث بالفعل في بعض الأحيان، فإنه لا يحدث طوال الوقت. إذن، ما الذي يحدث؟ دعونا نلق نظرة على النهج الذي استخدمه مندل في دراسة وراثة الصفات في نباتات البازلاء.

بدأ مندل بدراسة لون بذور نباتات البازلاء، التي يوجد معظمها بأحد اللونين، الأخضر أو الأصفر. أولًا: لقح مندل نباتات البازلاء ذاتيًّا. وفعل ذلك عن طريق اختيار نبات بازلاء ونقل حبوب اللقاح، التي تحتوي على الخلايا الجنسية الذكرية، إلى الجزء التناسلي الأنثوي في الزهرة نفسها الذي يسمى الميسم. من خلال التلقيح الذاتي للنباتات، ضمن مندل عدم مشاركة أي خلايا تناسلية من نباتات أخرى في إنتاج النسل من هذا النبات المحدد. وبهذه الطريقة، تأكد من أن لديه نباتات تنتج بذورًا صفراء فقط أو بذورًا خضراء فقط.

بعد ذلك، لقح مندل النباتات خلطيًّا. وفعل ذلك باختيار نباتات أظهرت سمات متباينة للصفة. على سبيل المثال، لقح مندل خلطيًّا نباتًا ينتج بذورًا صفراء بنبات ينتج بذورًا خضراء. وعندما كان لدى مندل نبات جاهز للتلقيح الخلطي، أزال مندل المتوك من الزهرة، وهي الأجزاء التي تنتج حبوب اللقاح، التي تحتوي على الخلايا التناسلية الذكرية. وكان الهدف من ذلك هو منع النبات من التلقيح الذاتي. الآن، يستطيع مندل أن يفحص السمات الموجودة لدى النسل الناتج عن هذا التلقيح الخلطي. نسمي هذا النسل الجيل ‪F‬‏ واحد، الذي يشير إلى الجيل البنوي الأول. كلمة «بنوي» هي كلمة أخرى مرادفة لكلمة النسل. كما نلاحظ، أنتجت جميع نباتات الجيل ‪F‬‏ واحد بذورًا صفراء.

بعد ذلك، أخذ مندل نباتًا من الجيل ‪F‬‏ واحد ولقحه ذاتيًّا. وكما رأينا سابقًا، يتضمن هذا نقل حبوب اللقاح من الأجزاء التناسلية الذكرية للنبات إلى الأجزاء التناسلية الأنثوية للنبات نفسه. يسمى النسل الناتج بالجيل ‪F‬‏ اثنين. ما أثار دهشة مندل هو أن البذور الخضراء بدأت في الظهور مرة أخرى في نباتات الجيل ‪F‬‏ اثنين. في المتوسط، مقابل كل ثلاثة نباتات أنتجت بذورًا صفراء، أنتج نبات واحد بذورًا خضراء. يمكننا استخدام هذه النتيجة لتمثيل النسبة بين البذور الصفراء والبذور الخضراء، وهي ثلاثة إلى واحد.

إنه أمر مثير للغاية. لم يدحض هذا فكرة أن صفات النسل تنتج عن مزج صفات الأبوين، لكن لماذا اختفت البذور الخضراء في جيل ثم ظهرت مرة أخرى؟ لفهم ذلك، نحتاج إلى فهم بعض المصطلحات الرئيسية في علم الوراثة.

تسمى بعض السمات سمات سائدة للصفة. إذا كانت إحدى السمات سائدة في صفة ما، فستظهر دائمًا هذه السمة في النمط الظاهري للكائن الحي، والنمط الظاهري مصطلح مرادف لمصطلح الصفات الجسمية للكائن الحي. في الجيل ‪F‬‏ واحد الذي رأيناه للتو، أنتجت جميع النباتات بذورًا صفراء. يمكننا أن نفترض بناء على هذا أن سمة البذور الصفراء سمة سائدة في صفة لون البذور. وتسمى السمات الأخرى للصفة بالسمات المتنحية. ولا تظهر السمات المتنحية للصفة في النمط الظاهري للكائن الحي إلا إذا كانت السمة السائدة للصفة غير موجودة. ويرجح أن يكون ظهور السمات المتنحية للصفات أقل شيوعًا مقارنة بالسمات السائدة للصفات. في مثال نباتات البازلاء، يمكننا افتراض أن سمة البذور الخضراء سمة متنحية في صفة لون البذور؛ حيث إنها لا تظهر إلا مرة واحدة فقط في الجيل ‪F‬‏ اثنين. يمكن مشاهدة النمط الذي شوهد في تجارب مندل مع لون البذور في وراثة صفات أخرى أيضًا في نباتات البازلاء.

لون الزهرة مثال آخر على الوراثة المندلية. إذا لقح نبات زهوره حمراء خلطيًّا مع نبات زهوره بيضاء، فإنه يرجح أن تظهر سمة الزهور الحمراء السائدة في معظم النسل. أثبتت تجارب مندل أيضًا أن الصفات المختلفة تورث بصورة مستقلة بعضها عن بعض. وهذا يعني أنه ليس بالضرورة أن تورث السمات المختلفة للصفات المتباينة معًا. على سبيل المثال، لون الزهرة صفة، وطول الساق صفة أخرى. يمكن أن تكون الزهور بيضاء أو حمراء، ويمكن أن تكون السيقان طويلة أو قصيرة. إذن، ماذا يحدث عندما نلقح هذين النباتين خلطيًّا؟ في الجيل الأول، يظهر جميع النسل السمات السائدة للصفات، وهي الزهور الحمراء والسيقان الطويلة.

دعونا نر ما يحدث عندما نتبع نهج مندل ونلقح نباتًا من الجيل ‪F‬‏ واحد ذاتيًّا. يظهر الجيل الثاني، أو الجيل ‪F‬‏ اثنين، نطاقًا أكبر من السمات. يمكننا أن نلاحظ أن النباتات يمكن أن يكون لها سيقان طويلة وزهور حمراء أو سيقان طويلة وزهور بيضاء. ويمكن أن يكون لها أيضًا سيقان قصيرة وزهور حمراء، أو سيقان قصيرة وزهور بيضاء. إذن، يورث طول الساق ولون الزهرة كل منهما بصورة مستقلة. فلا يشترط إذا كان للنبات زهور حمراء أن تكون ساقه طويلة. تشكل هذه الفكرة في الواقع أحد قوانين الوراثة التي نتجت عن دراسة مندل.

يوضح قانون التوزيع المستقل أن وراثة إحدى سمات الصفات تحدث بشكل مستقل عن وراثة سمات الصفات الأخرى. دعونا نلق نظرة على قانونين آخرين للوراثة. يوضح قانون السيادة نمطًا رأيناه بالفعل. فإذا كانت إحدى السمات سائدة في صفة ما، فهذا يعني أنها يمكن أن تحجب ظهور السمات الأخرى للصفة. يمكننا أن نرى هنا أن سمة الزهور الحمراء سائدة في صفة لون الزهور؛ لأنها تحجب ظهور الزهور البيضاء في الجيل الأول. يصف القانون الأخير، وهو قانون انعزال العوامل الوراثية، كيف يرث الكائن الحي عاملين لكل صفة، أحدهما من الأب البيولوجي والآخر من الأم البيولوجية. استخدم مندل وغيره من علماء الوراثة الأوائل مصطلح «العوامل»؛ لأنهم لم يكونوا قد اكتشفوا بعد الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ أو كيف أن الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ هو وحدة الوراثة. في الوقت الحاضر، يمكننا تسمية هذه العوامل بالجينات.

والآن بعد أن عرفنا المزيد عن مندل وتجاربه، دعونا نأخذ سؤالًا تدريبيًّا.

أي من الآتي ليس أحد أسباب اختيار مندل نبات البازلاء لإجراء تجاربه؟ (أ) يمكن تلقيح نبات البازلاء ذاتيًّا أو صناعيًّا عن طريق البشر؛ ولذا استطاع مندل بحث تأثير التلقيح الذاتي والتلقيح الخلطي. (ب) ينمو نبات البازلاء بسرعة؛ ولذا استطاع مندل إنتاج الكثير منه في فترة زمنية قصيرة. (ج) لنبات البازلاء أزواج من الصفات المتباينة؛ على سبيل المثال: يمكن أن تكون قرونه صفراء أو خضراء. (د) نبات البازلاء نادر جدًّا؛ ولذا عرف مندل أنه لا أحد غيره كان يجري هذه التجارب.

كان جريجور مندل راهبًا في القرن التاسع عشر، ويعد إلى حد كبير مؤسس علم الوراثة الحديث نظرًا لدراسته وراثة الصفات. اختار جريجور مندل نبات البازلاء تحديدًا لإجراء تجاربه لبضعة أسباب مختلفة. أولًا: كان من السهل جدًّا الحصول على نبات البازلاء وزراعته. وهو ينمو بسرعة نسبيًّا؛ لذا استطاع مندل أن ينتج مجموعة كبيرة منه في فترة زمنية قصيرة.

يمكن أن ينتج نبات البازلاء النسل ببضع طرق مختلفة. فيمكن تلقيحه خلطيًّا، وهو ما يعني نقل حبوب اللقاح التي تحتوي على الخلايا الجنسية الذكرية من نبات إلى الأجزاء التناسلية الأنثوية لنبات آخر. وبدلًا من ذلك، يمكنه تلقيح نفسه ذاتيًّا. ويحدث هذا عندما تنتقل حبوب اللقاح في نبات إلى الأجزاء التناسلية الأنثوية للنبات نفسه. ويمكن أيضًا تلقيحه صناعيًّا. ويحدث هذا عندما ينقل الإنسان حبوب اللقاح بين النباتات أو بين الأجزاء التناسلية الذكرية والأنثوية في النبات نفسه.

كان من المهم في تجارب مندل أن يظهر نبات البازلاء سمات مميزة ومتباينة في العديد من صفاته الجسمية. على سبيل المثال، قد ينتج أحد النباتات بذورًا ملساء، وينتج نبات آخر بذورًا مجعدة. وقد يحتوي أحد النباتات على زهور حمراء، وقد يحتوي نبات آخر على زهور بيضاء. كانت هذه السمات المتباينة لبعض الصفات مفيدة للغاية بالنسبة إلى مندل لتوضيح وراثة الصفات من خلال تجاربه.

دعونا نلق نظرة على خيارات الإجابة لتحديد الإجابة الصحيحة. تذكر أننا نبحث عن الإجابة التي لا تمثل أحد الأسباب الصحيحة لاختيار مندل لنبات البازلاء. نحن نعلم أن مندل اختار نبات البازلاء؛ لأنه يمكن تلقيحه ذاتيًّا وخلطيًّا وصناعيًّا. إذن الخيار (أ) ليس الإجابة الصحيحة لهذا السؤال. ينمو نبات البازلاء بسرعة ويظهر سمات متباينة للصفة، وهو ما كان مهمًّا لمندل. فلنكمل إذن ونستبعد الخيارين (ب) و (ج) من الخيارات. نبات البازلاء من نباتات الحدائق الشائعة إلى حد ما؛ لذا فهو ليس نادرًا. ومن ثم، فإن الخيار (د) ليس سببًا لاختيار مندل لنبات البازلاء. إذن، إجابة السؤال الصحيحة هي أن نبات البازلاء نادر جدًّا؛ ولذا عرف مندل أنه لا أحد غيره كان يجري هذه التجارب.

دعونا نلق نظرة على بعض النقاط الرئيسية في هذا الفيديو. يعرف جريجور مندل أحيانًا بمؤسس علم الوراثة؛ لأن تجاربه على نباتات البازلاء وضحت وراثة الصفات. استخدم مندل نباتات البازلاء في تجاربه؛ لأنها كانت سريعة وسهلة النمو. ويمكن تلقيحها ذاتيًّا أو خلطيًّا، بالإضافة إلى إمكانية تلقيحها صناعيًّا من قبل البشر، ولأن لديها سمات متباينة وواضحة للصفات، مثل البذور المجعدة أو الملساء. نتجت من تجارب مندل ثلاثة قوانين للوراثة: قانون السيادة، وقانون التوزيع المستقل، وقانون انعزال العوامل الوراثية.