نظام ممتاز لتخزين المعلومات

تخبر اللافتة ان مفتاح فهم الدَّنا موجود في درجات السُّلَّم،‏ اي القضبان التي تصل بين جانبَيه.‏ اذا انفك السُّلَّم في الوسط،‏ يبقى على كل جانب اجزاء من الدرجات.‏ هذه الاجزاء اربعة انواع،‏ يشير اليها العلماء بالحروف التالية:‏ أ،‏ ت،‏ غ،‏ س.‏ وقد توصل العلماء الى حقيقة مذهلة.‏ فقد اكتشفوا ان ترتيب هذه الحروف يحمل رموزا توصل معلومات معيَّنة.‏

ربما تعرف عن نظام مورْس الذي ابتُكر في القرن الـ‍ ١٩ ليتواصل الناس عبر التلغراف.‏ لقد تألَّف هذا النظام من «حرفين» فقط:‏ نقطة وقاطعة.‏ مع ذلك،‏ عبَّر عن كلمات وجمل لا تُحصى.‏ بشكل مماثل،‏ تتألف رموز الدَّنا من اربعة حروف.‏ ويشكِّل ترتيب هذه الحروف (‏أ،‏ ت،‏ غ،‏ س)‏ «كلمات» تُسمى روامز (‏codons)‏.‏ والروامز بدورها تشكِّل «قصصا» تدعى مورِّثات (‏جينات)‏.‏ وكل مورِّثة تحتوي ما معدله ٠٠٠‏,٢٧ حرف.‏ وهذه المورِّثات والمسافات الطويلة بينها تُجمَع في «فصول» هي الصِّبغيات.‏ ويؤلِّف ٢٣ صِبغيا كتابا كاملا هو المَجين (‏الجينوم)‏،‏ اي مجموع المعلومات الوراثية للكائن الحي.‏b

يشبه المَجين اذًا كتابا،‏ او موسوعة ضخمة،‏ من حيث المعلومات التي يخزِّنها.‏ فالمَجين البشري يتألف من ثلاثة بلايين زوج من القواعد تقريبا.‏^١٩ ولو تضمَّن كل مجلد في الموسوعة اكثر من الف صفحة،‏ لألَّف المَجين ٤٢٨ مجلدا!‏ وإذا زدنا النسخة الثانية من الصِّبغيات الموجودة في كل خلية،‏ نحصل عندئذ على ٨٥٦ مجلدا.‏ في هذه الحالة،‏ إن اردت ان تكتب بمفردك المَجين على لوحة المفاتيح،‏ فعليك ان تعمل دواما كاملا دون اي عطلة ٨٠ سنة تقريبا!‏

ولكن بعدما تبذل كل هذا المجهود،‏ تكتشف ان لا فائدة من تعبك،‏ اذ يلزم بعد ان تقوم بخطوة مستحيلة.‏ فعليك ان تضغط هذه المجلدات الضخمة لتسع في خلية مجهرية واحدة،‏ ثم تكرر هذه العملية ١٠٠ تريليون مرة لتُدخلها في خلاياك كلها!‏

بخصوص هذا الموضوع،‏ ذكر بروفسور في علم الاحياء الجزيئي وعلم الكمبيوتر:‏ «ان غراما واحدا من الدَّنا،‏ الذي يقارب حجمه عند تجفيفه سنتيمترا مكعبا واحدا،‏ يعادل في سعة تخزينه حوالي تريليون اسطوانة متراصَّة».‏^٢٠ فماذا يعني ذلك؟‏ تذكَّر ان الدَّنا يحتوي على المورِّثات،‏ اي التعليمات اللازمة لتكوين جسم بشري فريد،‏ وكل خلية تتضمن مجموعة كاملة من هذه التعليمات.‏ لكن الملفت ان الدَّنا يحمل كمية هائلة من المعلومات،‏ لدرجة ان ملء ملعقة صغيرة منه كافٍ لتكوين نحو ٣٥٠ ضعفا عدد سكان الارض اليوم!‏ والدَّنا العائد للسبعة بلايين العائشين اليوم يشكل مجرد طبقة رقيقة جدا على سطح تلك الملعقة.‏^٢١

آلات متحركة

فيما تقف في صالة العرض الهادئة في المتحف،‏ تتساءل هل نواة الخلية بهذا الهدوء ايضا.‏ ثم تلاحظ لافتة فوق واجهة زجاجية فيها مجسَّم لقطعة من الدَّنا.‏ تقول اللافتة:‏ «اكبس على الزر ليبدأ العرض».‏ وحين تكبس،‏ تسمع شرحًا يقول:‏ «للدَّنا وظيفتان مهمتان على الاقل.‏ سنتناول الآن الوظيفة الاولى التي تُسمَّى ‹التكرار› (‏replication)‏.‏ فمن الضروري ان يصنع الدَّنا نسخا عن نفسه كي تحتوي كل خلية جديدة على نسخة كاملة عن المعلومات الوراثية نفسها.‏ شاهِد العرض التالي من فضلك».‏

ينفتح باب في طرف الواجهة الزجاجية فتدخل منه آلة معقدة الشكل،‏ هي في الحقيقة مجموعة من الروبوتات المتصلة بعضها ببعض.‏ تتجه الآلة نحو الدَّنا وتلتصق به،‏ ثم تسير على طوله مثلما يسير القطار على سكته.‏ وبما ان حركة الآلة سريعة،‏ لا تتمكن من ملاحظة عملها بالتفصيل.‏ لكنك ترى بوضوح انها تترك خلفها حبلَي دنا كاملَين بدل الواحد.‏

يتابع الشرح:‏ «هذا ايضاح مبسَّط جدا لما يحدث عندما يصنع الدَّنا نسخة عن نفسه:‏ تسير مجموعة انزيمات مثل آلة جزيئية على طول الدَّنا.‏ فتقسمه اولا نصفين ثم تستعمل كل سلسلة كنموذج لتصنع سلسلة اخرى تكمِّلها.‏ عذرا،‏ لا يمكننا ان نُريك كل الاجزاء المشمولة.‏ فهناك مثلا اداة صغيرة تسير امام آلة التكرار وتقص احد جوانب الدَّنا كي يتحرك بحرية بدل ان يلتف بإحكام حول نفسه.‏ كما ان الدَّنا يخضع للتدقيق عدة مرات،‏ فتُكشف الاخطاء وتصحَّح بدقة مذهلة.‏ (‏انظر الرسم في الصفحتين ١٦ و ١٧‏.‏)‏

‏«خلال هذا العرض،‏ لاحظتَ على الارجح سرعة العملية.‏ فالروبوت مثلما رأيت يسير بسرعة كبيرة.‏ فعندما تتحرك الآلة الجزيئية على طول الدَّنا،‏ تقطع ١٠٠ زوج من القواعد تقريبا كل ثانية.‏^٢٣ ولو كانت السكة بحجم سكة حديدية حقيقية،‏ لسار القطار بسرعة تزيد على الـ‍ ٨٠ كلم في الساعة.‏ وفي البكتيريا،‏ تبلغ سرعة آلات التكرار عشرة اضعاف سرعتها في الخلايا البشرية.‏ ولا بد من الاشارة ان مئات آلات التكرار تعمل في مواقع عديدة على طول الدَّنا في الخلية البشرية،‏ فتنسخ المَجين بكامله في ثماني ساعات فقط».‏^٢٤ (‏انظر الاطار «‏لماذا يُقرأ ويُنسخ الدَّنا بدقة عالية؟‏‏» في الصفحة ٢٠.‏)‏

‏«قراءة» الدَّنا

تخرج آلة التكرار من الواجهة الزجاجية وتدخل آلة اخرى.‏ تتحرك هذه الآلة ايضا على جزء من الدَّنا،‏ لكن ابطأ هذه المرة.‏ فترى حبل الدَّنا يدخل من احد جوانبها،‏ ثم يخرج من جانب آخر وهو على حاله.‏ لكنَّ سلسلة واحدة جديدة تخرج من فتحة اخرى في الآلة مثل ذنَب يزداد طولا.‏ فماذا يحصل؟‏

من جديد،‏ تسمع شرحا يوضح لك المسألة:‏ «وظيفة الدَّنا الثانية تُدعى ‹النسخ› (‏transcription)‏.‏ فالدَّنا لا يترك ابدا مكانه الآمن في النواة.‏ لذلك تنشأ الحاجة الى وسيلة لقراءة واستعمال المورِّثات فيه.‏ فالمورِّثات هي الوصفات لتحضير كل البروتينات التي يتكون منها جسمك.‏ وهنا يأتي دور الآلة التي رأيناها في العرض،‏ وهي عبارة عن انزيم.‏ فتجد موقعا على الدَّنا حيث تم تفعيل المورِّثة المطلوبة بواسطة اشارات كيميائية من خارج النواة.‏ ثم تنسخ هذه الآلةُ المورِّثةَ،‏ مكوِّنةً جزيئا يُدعى الرَّنا (‏الحمض الريبي النووي)‏.‏ وشكل الرَّنا يشبه الى حد كبير سلسلة واحدة من الدَّنا،‏ لكنهما في الحقيقة مختلفان.‏ فوظيفة الرَّنا هي جمع المعلومات المشفَّرة الموجودة في المورِّثات.‏ فيجمعها وهو داخل الآلة،‏ ثم يخرج من النواة ويتجه نحو احد الجُسيمات الريبية.‏ وهناك تُستعمل المعلومات لصُنع البروتين المطلوب».‏

فيما تشاهد العرض،‏ لا يسعك الا ان تقف مذهولا امام ما تراه؛‏ يُذهلك المتحف والذكاء الفائق في تصميم وبناء آلاته.‏ تخيَّل اذًا لو رأيت في المتحف آلاف الوظائف التي تُؤدَّى في وقت واحد!‏

لكن الاغرب والاغرب ان هذه الوظائف كلها تجري الآن في خلاياك!‏ ففي كلٍّ من هذه الخلايا البالغ عددها ١٠٠ تريليون،‏ تقرأ «آلات» صغيرة معقَّدة الدَّنا لتجمع منه تعليمات.‏ وكما رأينا،‏ هذه التعليمات لازمة لبناء مئات آلاف البروتينات التي تكوِّن جسمك بإنزيماته،‏ وأنسجته،‏ وأعضائه،‏ وإلى ما هنالك.‏ وفي هذه اللحظات ايضا،‏ تصنع «آلات» اخرى نسخا عن الدَّنا وتدقِّق فيها لكي تحتوي كل خلية جديدة على مجموعة صحيحة من التعليمات.‏