فيديو الدرس: أنواع التكاثر العلوم

‏نسخة الفيديو النصية

في هذا الفيديو، سوف نتعلم كيف نصف السمات المميزة للتكاثر الجنسي واللاجنسي، ونتعرف على بعض الأمثلة لهذين النوعين من التكاثر. وسنتعلم أيضًا ما يعنيه مصطلح التباين الوراثي، وكيف يختلف التكاثر الجنسي واللاجنسي في التباين الوراثي الذي يقدمانه للنسل الناتج عنهما.

هناك العديد من الصفات التي تشترك فيها الكائنات الحية كلها. فكل الكائنات الحية تتحرك، من أصغر الكائنات المجهرية، مثل البكتيريا، إلى أطول الأشجار، وإلى البشر، مثلك ومثلي، لكن بعضنا يتحرك أسرع من غيره. ولا بد أيضًا أن نطلق الطاقة، وهو ما نفعله خلال عملية تسمى التنفس التي تحدث في خلايانا كلها تقريبًا. وكلنا لدينا إحساس بالوسط المحيط، وكلنا ننمو. ورغم أنه ليس كل فرد سيتكاثر، فعلى مستوى النوع، بعض الأفراد لا بد أن يتكاثروا من أجل استمرار هذا النوع. وكلنا يجب أن نخرج الفضلات من خلايانا. ولتنفيذ هذه العمليات التي تتطلب طاقة، لا بد أن نحصل كلنا على طعام أو تغذية. ويمكن تجميع هذه العمليات الحياتية الضرورية على النحو الآتي: الحركة، التنفس، الإحساس، النمو، التكاثر، الإخراج، التغذية.

في هذا الفيديو، نركز على التكاثر. لكن ما هو التكاثر، ولماذا هو مهم للغاية؟ التكاثر عملية حيوية تستطيع الكائنات الحية من خلالها إنتاج أفراد جدد، يعرفون باسم النسل. والأفراد الجدد الناتجون ستكون لديهم بعض المعلومات الوراثية التي انتقلت إليهم من الأبوين؛ ومن ثم ستكون لديهم بعض من سمات الأبوين نفسها. فعلى سبيل المثال، هذه المرأة ربما كانت لديها المعلومات الوراثية التي تشفر للشعر الأسود، والتي انتقلت من أبويها؛ ومن ثم، فإنها أيضًا لديها صفة الشعر الأسود. والكثير من الأفراد في كل جيل من أجيال نوع ما يصبحون آباء لمجموعة من النسل. وبعضهم لن يصيروا آباء.

والنسل الناتج يكون الجيل التالي. وهذا الجيل الجديد سينمو وينضج، وفي النهاية يتكاثر أفراده ويصير لديهم أطفالهم. وهكذا، تستمر العملية. إذا لم يتكاثر هؤلاء الأشخاص الموضحون هنا على شكل عصي، فإنهم سيموتون في النهاية دون أن ينتجوا الجيل التالي. وإذا حدث هذا على نطاق أوسع، فإن نوع هؤلاء الأشخاص قد ينقرض. فمن دون التكاثر، ما كانت أنواع الكائنات الحية التي وجدت منذ مئات السنين لتظل موجودة حتى يومنا هذا. وفي الواقع، الكثير من الأنواع التي أصبحت نادرة للغاية لأنها فشلت في أن تتكاثر في الماضي قد انقرضت.

وفي حين أن هؤلاء الأشخاص الموضحين هنا على شكل عصي ليسوا نوعًا حقيقيًّا، فإن ثمة نوعًا حقيقيًّا أعلن انقراضه في عام 2020 من بين أنواع أخرى كثيرة، وهو الضفدع السام اللامع، المرسوم هنا. إن الهدف النهائي لكل نوع هو ضمان بقاء هذا النوع على قيد الحياة عبر الأجيال دون أن يتعرض للانقراض. ولهذا السبب تحديدًا لا بد أن تتكاثر بعض الكائنات الحية على الأقل في كل جيل من كل نوع لضمان بقاء نوعها على قيد الحياة.

دعونا نلق نظرة على أنواع التكاثر المختلفة التي سنتناولها في هذا الفيديو. هناك عدة طرق مختلفة يمكن أن تتكاثر بها الكائنات الحية. لكن هذه الطرق يمكن تصنيفها على نطاق واسع إلى فئتين رئيسيتين: التكاثر اللاجنسي والتكاثر الجنسي.

دعونا نتناول التكاثر اللاجنسي أولًا. في التكاثر اللاجنسي، يوجد فرد أبوي واحد فقط. وهذا الكائن الحي الوحيد قادر على إنتاج نسل مماثل له. ويتضمن هذا النوع من التكاثر إنتاج خليتين بنويتين متماثلتين من خلية أبوية واحدة. عادة ما يكون نوع الكائنات الذي يتكاثر لا جنسيًّا فقط كائنات وحيدة الخلية — مثل البكتيريا أو فطر الخميرة — لكن هناك بعض الأمثلة المثيرة للاهتمام للنباتات والحيوانات التي تتكاثر أيضًا لا جنسيًّا. وكما ذكرنا، هناك عدة طرق مختلفة يمكن أن تتكاثر بها الكائنات الحية لا جنسيًّا.

دعونا نتعلم المزيد عن هذه العملية من خلال مثال لبكتيريا. البكتيريا هي كائنات وحيدة الخلية يمكن أن تسبب أحيانًا أمراضًا للبشر. لكن الكثير من أنواع البكتيريا نافع جدًّا لنا أيضًا. فعلى سبيل المثال، البكتيريا التي تعيش في جهازنا الهضمي يمكن أن تساعدنا في هضم طعامنا. ويتكاثر الكثير من البكتيريا لا جنسيًّا من خلال عملية تسمى الانشطار الثنائي. وكلمة ثنائي تعني اثنين معًا، وكلمة انشطار تشير إلى انفصال أو انقسام الأشياء. وهذا لأنه في حالة الانشطار الثنائي، تنقسم الخلية البكتيرية الأصلية إلى خليتين جديدتين تسميان خليتين بنويتين.

ينتج الانشطار الثنائي خليتين متماثلتين. وهذا يعني أنه في كل مرة تتكاثر فيها بكتيريا، تكون الخليتان البكتيريتان الجديدتان الناتجتان متماثلتين تمامًا ومماثلتين للخلية الأبوية الأصلية. البكتيريا كائنات بدائية النوى، وهو ما يعني أنه ليس لها نواة في خلاياها. الكائنات الحقيقية النوى، على سبيل المثال، الأميبا المتقلبة الوحيدة الخلية، لها نواة محددة جيدًا في كل خلية من خلاياها. وعلى الرغم من أن الانشطار الثنائي يحدث في الخلايا البدائية النوى بصفة رئيسية، فإن بعض الخلايا الحقيقية النوى، مثل تلك الأميبا، يستطيع القيام به أيضًا.

التكاثر اللاجنسي عملية سريعة للغاية، ولا تتطلب الكثير من الطاقة. في الواقع، الانشطار الثنائي في بعض البكتيريا يمكن أن يحدث خلال فترة زمنية قصيرة مدتها 20 دقيقة. وعلى النقيض من الانشطار الثنائي، الذي يحدث بصفة غالبة في بدائيات النوى، يمكن لحقيقيات النوى أن تتكاثر لا جنسيًّا باستخدام نوع مختلف من الانقسام الخلوي يسمى الانقسام الميتوزي، الذي ينتج أيضًا خليتين بنويتين متطابقتين وراثيًّا من خلية أبوية واحدة. لهذا السبب، نقول إن التكاثر اللاجنسي في بدائيات النوى وحقيقيات النوى كليهما ينتج دائمًا نسائل أو مستنسخات من الخلية الأبوية الأصلية. لكن ربما تظهر بعض الاختلافات بين الخليتين البنويتين الناتجتين نظرًا للظروف البيئية.

الفطريات هي مجموعة كبيرة من الكائنات الحية، بعضها يتكاثر لا جنسيًّا. وهناك بعض الفطريات الأحادية الخلية، مثل الخميرة. وأحد أنواع الخميرة التي ربما سمعت بها تسمى خميرة الخباز، وهي تستخدم للمساعدة في انتفاخ الخبز. تتكاثر خلايا الخميرة لا جنسيًّا من خلال عملية تسمى التبرعم، حيث يتبرعم كائن جديد من الخلية الأصلية. والخليتان الناتجتان كلتاهما ستكونان متطابقتين وراثيًّا.

هناك فطريات أخرى، مثل تلك التي تسبب عفن الخبز، يمكن أن تستخدم تركيبات خاصة تسمى الجراثيم لكي تتكاثر لا جنسيًّا. وفي الواقع، عندما تلاحظ العفن على قطعة خبز كهذه، فإنك فعليًّا ترى مستعمرات من الجراثيم والفطريات تحاول أن تتكاثر بأكبر قدر ممكن لكي تنتشر على الخبز بأكمله.

بعض النباتات يمكن أن تتكاثر لا جنسيًّا أيضًا من خلال عملية تسمى التكاثر الخضري، وفيها يمكن أن تنمو نباتات جديدة من الأجزاء الخضرية للنبات، التي تتضمن الأوراق والسيقان والجذور. دعونا نلق نظرة على هذه العملية التي تحدث في نبات الفراولة هذا. كما ترى، أنتج نبات الفراولة امتدادات لتركيب يشبه الساق يسمى ساقًا أفقية. السيقان الأفقية يمكن أن تنمو فوق سطح الأرض أو تحته حتى تعثر على بقعة تكون مناسبة لتثبت الجذور فيها لتكون نباتًا جديدًا بالقرب من النبات الأم.

دعونا نلق نظرة على التكاثر الجنسي بعد ذلك. يتضمن التكاثر الجنسي دائمًا أبوين من النوع نفسه: أحدهما ذكر والآخر أنثى. وبما أن التكاثر الجنسي يتطلب أبوين، فلا بد أن يعثر كائن حي منفرد على زوج من الجنس الآخر ليتكاثرا. ينتج كلا الأبوين خلايا كثيرة تسمى جاميتات، وتعرف أيضًا باسم الخلايا الجنسية أو الخلايا التناسلية. تحتوي هذه الجاميتات على نصف المادة الوراثية الموجودة في الخلية الجسمية الطبيعية. دعونا نكتشف السبب في هذا.

هناك مرحلتان رئيسيتان متضمنتان في التكاثر الجنسي: تكون الجاميتات واندماج هذه الجاميتات، الذي يحدث من خلال عملية تسمى الإخصاب. يحدث تكون الجاميتات من خلال نوع من الانقسام الخلوي يسمى الانقسام الميوزي. عندما تنقسم الخلايا عن طريق الانقسام الميوزي، تتكون أربع خلايا جديدة. وكما ذكرنا سابقًا، كل جاميت من هذه الجاميتات الأربعة سيحتوي على نصف المعلومات الوراثية لخلية جسمية عادية ولهذه الخلية الأبوية الأصلية.

وفي حين أن هذه الخلية الأبوية كان بها أربعة كروموسومات، فإن كل خلية من هذه الخلايا البنوية بها اثنان من الكروموسومات فقط. وهذا لأنه في عملية التكاثر الجنسي، يندمج جاميت واحد من كلا الأبوين معًا في عملية تسمى الإخصاب لتكوين زيجوت به مجموعة المادة الوراثية الكاملة. والزيجوت الناتج مختلف وراثيًّا عن أبويه، وذلك على النقيض من النسائل الناتجة عن التكاثر اللاجنسي. وينمو هذا الزيجوت ويتغير بمرور الوقت ليصبح في النهاية كائنًا حيًّا كامل النمو.

دعونا نتناول كيف يمكن أن يحدث هذا في مجموعات مختلفة من الكائنات. يمكن أيضًا أن يحدث التكاثر الجنسي بعدة طرق مختلفة. في الحيوانات، تسمى الجاميتات عند الإناث بويضات، وعند الذكور حيوانات منوية. في معظم الثدييات، بما في ذلك البشر، يحدث الإخصاب ونمو الزيجوت داخل جسم الأم. وعملية النمو تسمى الحمل. بعد فترة النمو هذه، يولد نسل حي أو صغار أحياء.

وفي معظم الطيور والزواحف، يحدث أيضًا إخصاب داخلي، لكن هذه الحيوانات تضع بيضًا. لكن في معظم الأسماك والبرمائيات، يحدث الإخصاب في العادة خارجًا عن جسم الأم — في الماء عادة — وينتج أيضًا بيض. وبعد فترة نمو داخل هذا البيض، يمكن أن يفقس ويخرج النسل منه.

يحدث التكاثر الجنسي في النباتات بشكل مختلف قليلًا. فبالرغم من أن نباتات كثيرة يمكن أن تتكاثر لا جنسيًّا، فإن عدة أنواع من النباتات تقوم أيضًا بالتكاثر الجنسي. العضو التناسلي في النباتات يسمى الزهرة. وتوجد الجاميتات الذكرية في حبوب اللقاح، التي يمكن أن تنتقل إلى الجاميتات الأنثوية، أو البويضات، بالانتقال عبر أجزاء محددة من الزهرة. وهنا ستندمج الجاميتات عن طريق الإخصاب، لتكون في النهاية البذور التي يمكن أن تنمو لتصبح نباتات جديدة منفردة. إذا أنتجت حبة اللقاح بواسطة الزهرة نفسها التي أنتجت البويضة التي تخصبها في النهاية، فإن هذا مثال على التكاثر اللاجنسي؛ لأن كلا الجاميتين أنتجا بواسطة الفرد الأبوي نفسه. لكن إذا جاءت حبة اللقاح هذه من نبات مختلف، يكون هذا تكاثرًا جنسيًّا؛ لأن النسل الناتج سيكون مختلفًا وراثيًّا عن كلا الأبوين.

الآن بعد أن تناولنا بعض أساسيات كل من التكاثر اللاجنسي والتكاثر الجنسي، دعونا نحدد بعض أوجه التشابه والاختلاف بين هاتين العمليتين باستخدام شكل فن هذا. كلتا العمليتين تتضمنان إنتاج نسل جديد ونقل المادة الوراثية إلى هذا النسل لتكوين جيل جديد. أحد الاختلافات الواضحة بين العمليتين — كما لاحظت — أن التكاثر اللاجنسي يتطلب فقط فردًا أبويًّا واحدًا، في حين يتطلب التكاثر الجنسي أبوين.

كما ذكرنا سابقًا، التكاثر اللاجنسي عملية سريعة وفعالة تتطلب طاقة قليلة جدًّا. هذا أيضًا يعني أن الكائنات التي تتكاثر لا جنسيًّا يمكن أن تؤدي إلى ظهور نسل كثير العدد في فترة زمنية قصيرة. من ناحية أخرى، التكاثر الجنسي يستهلك وقتًا أطول بكثير، ويتطلب قدرًا كبيرًا من الطاقة. وفي المعتاد، تنتج كائنات أقل عددًا وأكبر حجمًا من خلال التكاثر الجنسي. على سبيل المثال، لعلك تعرف أن الأم البشرية تمر بفترة حمل مقدارها تسعة أشهر ينمو خلالها الطفل ويكبر. وبصفة عامة، كلما كبر حجم الكائن، طالت هذا الفترة. فعلى سبيل المثال، تحمل الأفيال الأفريقية الصغار لمدة 22 شهرًا قبل الولادة، وهي فترة تناهز العامين.

والنسل الناتج عن التكاثر اللاجنسي يكون متماثلًا وراثيًّا مع الفرد الأبوي؛ ولذا يمكن أن يشار إليه بالمستنسخات أو النسائل، في حين يؤدي التكاثر الجنسي إلى ظهور نسل مختلف وراثيًّا عن الأبوين؛ لأنه يحمل مزيجًا من الصفات من كلا الأبوين.

ويمكن أن نصف أوجه التشابه والاختلاف هذه بين الكائنات المختلفة من خلال مفهوم يسمى التباين الوراثي. يصف التباين الوراثي الاختلافات في الجينات بين الكائنات المختلفة، ويعطي هؤلاء الأفراد المختلفين مجموعات فريدة من الصفات. فالكائنات التي تتكاثر لا جنسيًّا عادة ما ينخفض بها التباين الوراثي لأن خلاياها البنوية تنتج من خلال عمليات مثل الانقسام الميتوزي؛ مما يجعلها متطابقة وراثيًّا مع الخلية الأبوية.

لكن الكائنات التي تتكاثر جنسيًّا عادة ما يرتفع بها التباين الوراثي نظرًا لإنتاج جاميتات مختلفة وراثيًّا خلال الانقسام الميوزي. ومن خلال التباين الوراثي، تؤدي مجموعات الجينات من كلا الأبوين إلى ظهور مجموعة فريدة من الصفات لكل كائن جديد. دعونا نستكشف فوائد التباين الوراثي المرتفع الذي يقدمه التكاثر الجنسي من خلال مثال.

العثة المفلفلة، أو ‪Biston betularia‬‏، هي نوع من العث ذو شكل مرقط باللونين الأبيض والأسود. وهناك نوعان من هذه العثة: أحدهما ذو جسم فاتح اللون، والآخر ذو جسم داكن اللون. في إنجلترًا، قبيل الثورة الصناعية في القرن الثامن عشر، كان العث المفلفل ذو الجسم الداكن شديد الندرة والعث ذو الجسم الفاتح أكثر شيوعًا؛ لأنه كان يتموه جيدًا على جذوع الأشجار الباهتة، مثل شجرة القضبان أو التامول هذه. بينما حمي ذلك العث ذو اللون الفاتح من الحيوانات المفترسة مثل الطيور، ظهر العث الداكن بوضوح والتهم سريعًا.

لكن نظرًا للتباين الوراثي الطبيعي، بقيت أعداد قليلة من العث المفلفل الداكن. خلال العقود الأولى للثورة الصناعية، بدأت الأشياء تتغير بالنسبة للعث المفلفل. فالعث ذو الجسم الداكن بدأ في الظهور بأعداد أكبر وأكبر حتى تجاوز في النهاية عدد العث ذي الجسم الفاتح. في اعتقادك، كيف حدث هذا التحول، ولماذا؟ أوقف الفيديو مؤقتًا، وفكر.

خلال الثورة الصناعية، بدأت عدة مدن في إنجلترًا بحرق الفحم لتشغيل مصانعها؛ مما أدى إلى زيادة التلوث بالأدخنة الكثيفة السوداء. زاد تلوث الهواء في المدن لدرجة أن الشوارع والمباني والأشجار غطيت بالسخام. كانت هذه التغيرات البيئية تعني أن العث الداكن تموه الآن بشكل أفضل مع الأسطح الغامقة، في حين ظهر العث الفاتح بشكل أوضح.

دعونا نتخيل موقفًا افتراضيًّا. إذا كان العث المفلفل يتكاثر لا جنسيًّا، فهل كان سينجو من الثورة الصناعية؟ بما أن التكاثر اللاجنسي ينتج نسائل من الكائن الأبوي، فإن العث المفلفل كله سيكون أبيض. في هذه الحالة، سيستمر العث المفلفل ذو الجسم الفاتح في إنتاج المزيد من العث ذي الجسم الفاتح. هذا يعني أن العث كله الآن لا يتموه جيدًا مما يعرض النوع كله لخطر الانقراض. بدلًا من ذلك، بما أن هذا العث يتكاثر جنسيًّا، أصبح الجين الخاص بالجسم الداكن أكثر انتشارًا أثناء الثورة الصناعية؛ لأنه مكن العث من التموه على الأسطح السوداء والنجاة من الافتراس. وفي حين تم افتراس العث ذي الجسم الفاتح، نمت أعداد العث ذي الجسم الداكن؛ مما أدى إلى إنقاذ تجمع العث المفلفل من الانقراض بشكل فعال.

يوضح لنا هذا المثال واحدة من فوائد التباين الوراثي المرتفع لزيادة قدرة نوع ما في مواجهة التغيرات البيئية. فهو يوفر أداة تقدم المزيد من الاحتمالات لتكيف نوع ما مع بيئته لكي يزدهر على الرغم من الظروف غير المواتية.

الآن بعد أن تعلمنا المزيد عن أنواع التكاثر المختلفة، دعونا نلخص النقاط الرئيسية التي تناولناها في هذا الفيديو. تعلمنا أن هناك نوعين من التكاثر: التكاثر اللاجنسي، والتكاثر الجنسي. في التكاثر اللاجنسي، يوجد فرد أبوي واحد فقط، في حين يتطلب التكاثر الجنسي أبوين: ذكرًا وأنثى. التكاثر اللاجنسي عملية سريعة، أما التكاثر الجنسي فيستغرق فترة زمنية أطول، ويتطلب إيجاد زوج. في حين أن التكاثر اللاجنسي ينتج نسائل من الكائن الأبوي دون تباين وراثي في النسل، فإن النسل الناتج عن التكاثر الجنسي يحمل مجموعة من الصفات من كلا الأبوين، ويختلف وراثيًّا عن هذين الأبوين. ولذا، عادة ما يرتفع به التباين الوراثي.