تم إلغاء تنشيط البوابة. يُرجَى الاتصال بمسؤول البوابة لديك.

فيديو الدرس: التأثيرات البيئية على التعبير الجيني الأحياء

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف تأثير شدة الضوء على إنتاج جينات الكلوروفيل، والتعبير عنها.

١٥:٣٠

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سنبدأ باستعراض الجينات والتعبير عنها. بعد ذلك، سنتعلم كيف تؤثر العوامل البيئية على التعبير الجيني، وندرس العلاقات بين شدة الضوء وتخليق الكلوروفيل ومعدل عملية البناء الضوئي في النباتات. دعونا نبدأ بتعريف بعض المصطلحات الرئيسية التي سنستخدمها خلال الفيديو.

الجين هو مقطع من الحمض النووي ‪(DNA)‬‏ يحتوي على المعلومات اللازمة لإنتاج صفة معينة أو وحدة وظيفية. على سبيل المثال، البروتينات هي نوع من الوحدات الوظيفية، ويحتوي العديد من الجينات على المعلومات اللازمة لإنتاج بروتينات مثل الإنزيمات والهرمونات. التعبير الجيني هو العملية التي تستخدم من خلالها المعلومات المشفرة في الجينات لتكوين البروتينات أو تخليقها. ونظرًا للمعلومات التي تحملها الجينات، فهي مسئولة جزئيًّا عن مظهر الكائن الحي وسلوكه. على سبيل المثال، تشفر الجينات لإنتاج البروتينات المسئولة عن تحديد لون العين، الذي قد يختلف بدوره اختلافًا كبيرًا بين الأفراد. ويمكن أن تؤثر الجينات على ميل الشخص لأن يكون أكثر خجلًا أو اجتماعيًّا بدرجة أكبر.

ومع ذلك، يمكن أن تتسبب بيئة الكائن الحي في تباين مستوى التعبير الجيني، ويمكن أن تؤثر هذه التغيرات في التعبير الجيني بدورها على مظهر الكائن الحي أو سلوكه. ثمة مثال واضح على تأثير البيئة على التعبير الجيني نجده في سلاحف البحر. حيث تحدد درجة الحرارة التي يتعرض لها بيض سلحفاة البحر جنس الجنين بداخله. وهذا يحدد بدوره النسبة بين الجنسين لدى صغار السلاحف. فعندما تكون درجات الحرارة التي يتعرض لها البيض أكثر احترارًا، يكون الصغار إناثًا بالأساس. وعندما تكون درجات الحرارة الأكثر برودة، يكون الصغار ذكورًا بصفة رئيسية. وتؤدي درجات الحرارة المتوسطة إلى أن تكون النسبة بين الجنسين 50 إلى 50 تقريبًا. تحدث هذه الظاهرة لأن درجة الحرارة التي تؤثر على البيض أثناء حضانته تحدث تغييرات في عملية التعبير عن الجينات التي تشفر بدورها الإنزيمات والهرمونات الجنسية المختلفة.

ما زال العلماء يدرسون الميزة التطورية لهذا التحديد الجنسي الذي يعتمد على درجة الحرارة. في النباتات، تؤثر عوامل بيئية مثل تركيز ثاني أكسيد الكربون ودرجة الحرارة وشدة الضوء على التعبير عن الجينات المشاركة في البناء الضوئي. ربما تعرف بالفعل أن البناء الضوئي هو العملية التي تستخدم فيها النباتات الضوء، وثاني أكسيد الكربون، والماء لإنتاج الجلوكوز والأكسجين. ولعلك تتذكر أيضًا أن البناء الضوئي يحدث داخل عضيات نباتية تسمى البلاستيدات الخضراء. إذا كبرنا الشكل لكي نلقي نظرة فاحصة على بلاستيدة خضراء، فسنلاحظ وجود تركيب بداخلها يسمى غشاء الثايلاكويد. ويوجد داخل هذا الغشاء جزيئات الكلوروفيل.

الكلوروفيل صبغة حيوية، وهي جزيء يمتص أطوالًا موجية معينة من الضوء في حين يعكس أطوالًا موجية أخرى. يمتص الكلوروفيل الأطوال الموجية الزرقاء والحمراء للضوء بكفاءة أعلى مقارنة بالأطوال الموجية الخضراء. وهذا يعني توافر المزيد من الضوء الأخضر ليعكسه النبات، وهو ما يعطيه مظهره الأخضر. يتكسر الكلوروفيل باستمرار داخل البلاستيدات، لذا يجب على النبات تخليق كلوروفيل جديد باستمرار لإبقاء عملية البناء الضوئي مستمرة. في الواقع، تعد كمية الكلوروفيل المتوفرة أحد العوامل الرئيسية التي تؤثر على معدل البناء الضوئي. وتؤثر العوامل البيئية المؤثرة على التعبير الجيني على كمية الكلوروفيل المتوفرة.

والآن، دعونا نلق نظرة عن كثب على كيفية تفاعل العامل البيئي المتمثل في «شدة الضوء» مع الكلوروفيل المتوفر للتأثير على معدل البناء الضوئي. في هذا التمثيل البياني المبسط تقع شدة الضوء على المحور ‪(x)‬‏ ويقع معدل البناء الضوئي على المحور ‪(y)‬‏. بدءًا من النقطة ‪(A)‬‏ وبالتحرك يمينًا على طول المحور ‪(x)‬‏، يمكننا أن نلاحظ أنه مع زيادة شدة الضوء، يزيد معدل البناء الضوئي أيضًا. توجد هذه العلاقة لأن شدة الضوء تؤثر على تخليق الكلوروفيل في النباتات. ففي الضوء المنخفض، يقل التعبير عن الجينات التي تلعب دورًا في تخليق الكلوروفيل، والتي تظهر هنا على شكل أعمدة زرقاء على شريط الحمض النووي ‪(DNA)‬‏. وهذا يعني أن النبات سينتج عددًا أقل من البروتينات اللازمة لتكوين الكلوروفيل، وسيكون معدل البناء الضوئي منخفضًا.

إذا بقي النبات في هذه الظروف من الضوء المنخفض، فقد يصبح أصفر اللون. وفي بعض الحالات، قد يموت النبات. لكن هذه العملية تحدث أيضًا بشكل طبيعي، مثل حين تفقد الأشجار أوراقها في الخريف. تمثل هذه الحالة، التي تتضمن ضوءًا منخفضًا ومعدل بناء ضوئي منخفضًا، بالنقطة ‪(A)‬‏ على التمثيل البياني. أما في الضوء العالي، فيزداد التعبير عن الجينات التي تلعب دورًا في تخليق الكلوروفيل. وينتج النبات الكثير من البروتينات اللازمة لتكوين الكلوروفيل، ويكون معدل البناء الضوئي مرتفعًا. النباتات التي تنمو في شدة إضاءة عالية تكون أكثر صحة وأوراقها أكثر خضرة من النباتات التي تنمو في ضوء منخفض. تمثل حالة شدة الضوء العالية، ومعدل التمثيل الضوئي المرتفع، بالنقطة ‪(B)‬‏ على التمثيل البياني.

زيادة شدة الضوء لا يمكن أن تزيد معدل البناء الضوئي إلى ما لا نهاية. ويمكننا ملاحظة ذلك على التمثيل البياني. فبعد النقطة ‪(B)‬‏ يستوي المنحنى، أو يثبت، ويصبح معدل البناء الضوئي مستقرًّا. وهذا يحدث لأن عوامل أخرى تصبح محددة. ولذا، فإن استمرار الزيادة في تخليق الكلوروفيل وحده لن يسمح للنبات بزيادة معدل البناء الضوئي. ولكن، تغيير عامل بيئي آخر، مثل زيادة درجة الحرارة إلى مستوى أمثل، سيسمح للنبات بزيادة معدل البناء الضوئي مقارنة بدرجة الحرارة الأكثر برودة. لكن حتى في هذه الحالة، يثبت المنحنى في نهاية المطاف ويظل معدل البناء الضوئي مستقرًّا؛ لأن شدة الضوء ودرجة الحرارة ليستا من العوامل المحددة.

والآن، بعد أن رأينا كيف تؤثر شدة الضوء على تخليق الكلوروفيل من خلال التعبير الجيني، الذي يؤثر بدوره على معدل البناء الضوئي، دعونا نتناول سؤالًا تدريبيًّا.

تحتاج البلاستيدات الخضراء الموجودة في الأوراق إلى الكلوروفيل لامتصاص الضوء. لأي عملية تحتاج البلاستيدات الخضراء إلى هذه الطاقة الضوئية؟

لعلك تتذكر أن الكلوروفيل هو الصبغة الخضراء الموجودة في غشاء الثايلاكويد في البلاستيدات الخضراء. والصبغة هي جزيء يمتص أطوالًا موجية معينة من الضوء ويعكس أطوالًا موجية أخرى. في حالة الكلوروفيل، تمتص الأطوال الموجية الزرقاء والحمراء للضوء على نحو أفضل من الأطوال الموجية الخضراء للضوء. داخل البلاستيدات الخضراء، تستخدم هذه الطاقة الضوئية الممتصة لتكسير جزيئات الماء، مما يحرر بروتونات وإلكترونات تستخدم لتوليد طاقة كيميائية. بعد ذلك، تستخدم الطاقة الكيميائية لتحويل الكربون من صورته في ثاني أكسيد الكربون إلى صورته في الجلوكوز، وإطلاق الأكسجين باعتباره ناتجًا. اسم هذه العملية هو البناء الضوئي، وعن طريقها تصنع النباتات غذاءها لتبقى على قيد الحياة وتنمو.

وهكذا، فإن اسم العملية التي تحتاج إليها البلاستيدات الخضراء لامتصاص الطاقة الضوئية هو البناء الضوئي.

والآن لنتناول سؤالًا تدريبيًّا أخيرًا.

تعرضت ثلاث مجموعات من نباتات تنتمي إلى نفس النوع إلى مستويات مختلفة من شدة الضوء. تعرضت المجموعة 1 إلى مستويات شدة الضوء الموضحة لمدة 12 ساعة، والمجموعة 2 لمدة 24 ساعة، والمجموعة 3 لمدة 36 ساعة. يوضح التمثيل البياني الآتي كمية الكلوروفيل التي خلقتها هذه المجموعات من النباتات عند مستويات مختلفة من شدة الضوء. ما الذي يمكن استنتاجه من هذا التمثيل البياني؟ (أ) في جميع مستويات شدة الضوء، خلقت كمية من الكلوروفيل عند تعرض النبات للضوء لمدة 12 ساعة أكبر من التي خلقت عند تعرضه للضوء لمدة 36 أو 24 ساعة. (ب) في جميع مستويات شدة الضوء، خلقت كمية من الكلوروفيل عند تعرض النبات للضوء لمدة 24 ساعة أكبر من التي خلقت عند تعرضه للضوء لمدة 36 أو 12 ساعة. (ج) لا تؤثر شدة الضوء على كمية الكلوروفيل التي يخلقها النبات، لكنها تتوقف على مدة التعرض. (د) في جميع مستويات شدة الضوء، خلقت كمية من الكلوروفيل عند تعرض النبات للضوء لمدة 36 ساعة أكبر من التي خلقت عند تعرضه للضوء لمدة 24 أو 12 ساعة.

يوضح التمثيل البياني شدة الضوء بوحدة اللكس ‪(lx)‬‏ على المحور‪(x)‬‏، وكذلك يوضح كمية الكلوروفيل التي يخلقها النبات بالملليجرام لكل جرام على المحور ‪(y)‬‏. تمثل المنحنيات الثلاثة ثلاث مجموعات من النباتات تعرضت لشدة ضوء مختلفة: تعرضت المجموعة واحد لمدة 12 ساعة، والمجموعة اثنين لمدة 24 ساعة، والمجموعة ثلاثة لمدة 36 ساعة. يمكننا ملاحظة أن تخليق الكلوروفيل قد زاد في المجموعات الثلاث جميعها، مع زيادة شدة الضوء من صفر إلى 5000 لكس. ويمكننا من هذا استنتاج أن الزيادة المبدئية في شدة الضوء تزيد أيضًا من تخليق الكلوروفيل.

ويمكننا أن نلاحظ أيضًا أنه عند صفر لكس، خلقت المجموعة ثلاثة، أي المجموعة التي تعرضت للضوء لمدة 36 ساعة، كمية كلوروفيل أكبر من المجموعة واحد أو المجموعة اثنين. وينطبق هذا النمط على جميع مستويات شدة الضوء. الاستنتاج الثاني الذي يمكننا التوصل إليه هو أن المجموعة ثلاثة خلقت أكبر كمية كلوروفيل في جميع مستويات شدة الضوء. أصبح لدينا الآن معلومات كافية للإجابة عن السؤال. لذا، دعونا نعد خيارات الإجابة واحدًا تلو الآخر لتحديد الخيار الصحيح. في جميع مستويات شدة الضوء، خلقت كمية من الكلوروفيل عند تعرض النبات للضوء لمدة 12 ساعة أكبر من التي خلقت عند تعرضه للضوء لمدة 36 أو 24 ساعة. خلصنا إلى أن المجموعة ثلاثة، التي تعرضت للضوء لمدة 36 ساعة، خلقت أكبر كمية من الكلوروفيل في جميع مستويات شدة الضوء. ولذا، يمكننا استبعاد هذا الخيار.

في جميع مستويات شدة الضوء، خلقت كمية من الكلوروفيل عند تعرض النبات للضوء لمدة 24 ساعة أكبر من التي خلقت عند تعرضه للضوء لمدة 36 أو 12 ساعة. وكما هو الحال مع الإجابة السابقة، يمكننا استبعاد هذا الخيار لأننا نعرف أن المجموعة ثلاثة، أي المجموعة التي تعرضت للضوء لمدة 36 ساعة، خلقت أكبر كمية من الكلوروفيل في جميع مستويات شدة الضوء. لا تؤثر شدة الضوء على كمية الكلوروفيل التي يخلقها النبات، لكنها تتوقف على مدة التعرض. حسنًا، أول استنتاج توصلنا إليه هو أن زيادة شدة الضوء تزيد من تخليق الكلوروفيل في البداية. ولذا، يمكننا استبعاد هذا الخيار.

في جميع مستويات شدة الضوء، خلقت كمية من الكلوروفيل عند تعرض النبات للضوء لمدة 36 ساعة أكبر من التي خلقت عند تعرضه للضوء لمدة 24 أو 12 ساعة. خيار الإجابة هذا صحيح لأنه يعيد سرد الاستنتاج الثاني المتعلق بالمجموعة ثلاثة.

والآن، لنراجع بعض النقاط الرئيسية الواردة في الفيديو. يؤدي التعبير الجيني إلى تخليق البروتينات. يمكن أن يختلف مستوى التعبير الجيني، ويتأثر هذا الاختلاف ببيئة الكائن الحي. البلاستيدات الخضراء هي الموقع الذي تتم فيه عملية البناء الضوئي، وتحتوي على صبغة الكلوروفيل الخضراء. في النباتات، يؤثر التعرض للضوء على التعبير عن الجينات المشاركة في تخليق الكلوروفيل. إذا كان الضوء عاملًا محددًا، فستزيد شدة الضوء المرتفعة من تخليق الكلوروفيل، في حين تقلل شدة الضوء المنخفضة من تخليق الكلوروفيل. في المقابل، تؤدي الزيادة في تخليق الكلوروفيل إلى ارتفاع معدل البناء الضوئي، في حين يؤدي الانخفاض في تخليق الكلوروفيل إلى انخفاض معدل البناء الضوئي. عندما لا يصبح الضوء عاملًا محددًا، يثبت معدل البناء الضوئي.

تستخدم نجوى ملفات تعريف الارتباط لضمان حصولك على أفضل تجربة على موقعنا. معرفة المزيد حول سياسة الخصوصية لدينا.