ما يكشفه المجهر
دُعيت الخلية وحدة الحياة الاساسية. فالاشياء الحية — بما فيها النبات، الحشرات، الحيوانات، والبشر — مصنوعة من الخلايا. وعلى مر السنين، يمعن العلماء النظر في العمليات التي تحدث داخل الخلية ويكشفون الكثير من اسرار علم الاحياء الجزيئي وعلم الوراثة. فلنلقِ نظرة اقرب على الخلايا ونتأمل في ما اكتشفه العلم عن هذه الوحدات الحياتية المجهرية الرائعة.
نظرة خاطفة عبر المجهر
تختلف الخلايا في الشكل. فبعضها مستطيل والآخر مربع. وهنالك خلايا كروية، خلايا بيضاوية الشكل، وخلايا تبدو مثل البقع. تأملوا في الآميبا، عضوية ذات خلية واحدة لا تملك شكلا محدَّدا، فهي تغيِّر شكلها كلما تحركت. والمثير للاهتمام ان شكل الخلية غالبا ما يشير الى عملها. مثلا، بعض خلايا العضلات طويلة ورفيعة وتتقلص عندما تنجز عملها. أما الخلايا العصبية — التي تنقل الرسائل الى انحاء الجسم — فلها اغصان طويلة.
وتختلف الخلايا في الحجم ايضا. لكنَّ معظمها فائق الصغر بحيث لا يُرى بالعين المجردة. ولتدركوا كم يبلغ حجم خلية متوسطة الحجم، انظروا الى النقطة في آخر هذه الجملة. ان هذه النقطة الصغيرة يمكن ان تتسع لنحو ٥٠٠ خلية متوسطة الحجم! وإذا بدت لكم هذه الخلايا صغيرة جدا، فما القول في بعض الخلايا الجرثومية التي هي اصغر بنحو ٥٠ مرة؟ والخلية الكبرى؟ ينطبق هذا الوصف على الجزء الاصفر من بيضة النعام — «عملاق» من خلية واحدة، يعادل حجمه حجم كرة البايسبول او الكريكيت تقريبا!
وبما ان معظم الخلايا لا يمكن رؤيته بالعين المجردة، يستعمل العلماء ادوات، كالمجهر، لدراستها.a لكن حتى بهذه الوسيلة، تبقى بعض التفاصيل المعقَّدة في الخلية التي لا يمكن تمييزها بشكل كامل. تأملوا في ما يلي: يمكن ان يكبِّر مجهر إلكتروني خلية نحو ٠٠٠,٢٠٠ مرة — تكبير يمكن ان يجعل النملة تبدو بطول يتعدى الـ ٨٠٠ متر (٢/١ ميل). لكن حتى مع هذا التكبير، هنالك تفاصيل في الخلية لا يمكن رؤيتها!
وهكذا وجد العلماء ان الخلية معقدة بشكل مذهل. يعلن الفيزيائي پول دايڤيس في كتابه المعجزة الخامسة (بالانكليزية): «تمتلئ كل خلية ببنى صغيرة تبدو كأنها آتية مباشرة من كتيِّب مهندس. فتجدون وفرة من البنى التي تشبه الملاقط، المقصات، المضخّات، المحركات، الرافعات، الصمامات، الانابيب، السلاسل، حتى المركبات المتناهية الصغر. لكنَّ الخلية هي طبعا اكثر من مجرد كيس من الادوات. فمختلف العناصر تجتمع بعضها مع بعض لتؤدي عملا منسجما، مثل خط تجميع متقن في مصنع».
الدَّنا — جُزَيء الوراثة
يبدأ البشر كما النباتات والحيوانات المتعددة الخلايا بخلية واحدة. وبعد ان تبلغ هذه الخلية حجما معينا، تنقسم وتؤلف خليّتين. ثم تنقسم هاتان الخليّتان وتشكلان اربع خلايا. وإذ تستمر الخلايا في الانقسام، تتخصَّص — اي، تتميَّز لتصبح خلايا عضلية، عصبية، جلدية وهلمَّ جرّا. وفيما تستمر العملية تجتمع خلايا كثيرة بعضها مع بعض لتؤلف انسجة. فالخلايا العضلية مثلا تتحد وتشكل النسيج العضلي. وتؤلف انواع الانسجة المختلفة الاعضاء، مثل القلب، الرئتين والعينين.
وتحت الغلاف الرقيق لكل خلية هنالك سائل هلامي يدعى السيتوپلازما. وداخل هذا السائل، ضمن غشاء رقيق، توجد النواة. وقد دعيت النواة مركز التحكم في الخلية لأنها توجِّه تقريبا كل نشاطات الخلية. وتتضمَّن النواة البرنامج الوراثي للخلية، مكتوبا في الحَمض النووي الريبي المنقوص الاكسجين — الدَّنا DNA.
تقع جُزيئات الدَّنا الملتفة بإحكام في صبغيات الخلية. وتحتوي مورِّثاتكم التي هي اجزاء من جُزيئات الدَّنا على كل المعلومات اللازمة لجعلكم ما انتم عليه. توضح دائرة معارف الكتاب العالمي (بالانكليزية): «ان البرنامج الوراثي الموجود في الدَّنا يجعل كل كائن حي مختلفا عن كل الاشياء الحية الاخرى». وتضيف: «ان هذا البرنامج يجعل الكلب مختلفا عن السمكة، حمار الزَّرد عن الوردة، والصفصاف عن الزنبور. وهو يجعلكم مختلفين عن اي شخص آخر على الارض».
ان كمية المعلومات التي يحتويها الدَّنا في خلية واحدة فقط هي مذهلة. فهي تستطيع ان تملأ نحو مليون صفحة بحجم هذه الصفحة التي تقرأونها! وبما ان الدَّنا مسؤول عن نقل المعلومات الوراثية من جيل من الخلايا الى آخر، فقد دُعي المخطَّطَ التوجيهي للحياة بكاملها. لكن كيف يبدو الدَّنا؟
يتألف الدَّنا من سلسلتين ملتفتين احداهما حول الاخرى بحيث تشكِّلان بنية لولبية مزدوجة تشبه دَرَجا لولبيا. وتتصل السلسلتان بواسطة اتحاد اربعة عناصر تدعى القواعد. فكل قاعدة في احدى السلسلتين تقترن بقاعدة في السلسلة الاخرى. وكل قاعدتين مقترنتين تؤلفان درجة من درجات سلَّم الدَّنا اللولبي. والترتيب الدقيق للقواعد في جُزيء الدَّنا هو ما يحدِّد المعلومات الوراثية التي يحملها. وببسيط العبارة، ان هذا التسلسل يحدِّد عمليا كل شيء عنكم، بدءا من لون شعركم حتى شكل انفكم.
الدَّنا، الرَّنا، والپروتينات
ان الپروتينات هي الجزيئات الكبيرة الاكثر وفرة في الخلايا. وقد قدِّر انها تؤلف اكثر من نصف الوزن الجاف لمعظم العضويات! وتتألف الپروتينات من وحدات بناء اصغر تدعى الحموض الأمينية. بعضها يصنعه جسمكم؛ وبعضها الآخر تحصلون عليه من خلال غذائكم.
وللپروتينات وظائف كثيرة. مثلا، هنالك الهيموڠلوبين، وهو پروتين موجود في خلايا الدم الحمراء ينقل الاكسجين عبر جسمكم. ثم هنالك الاجسام المضادة التي تساعد جسمكم على تفادي الامراض. وتساعد پروتينات اخرى، مثل الإنسولين، على استقلاب الطعام بالاضافة الى تنظيم مختلف وظائف الخلايا. وعموما، قد يكون هنالك آلاف الانواع المختلفة من الپروتينات في جسمكم. وقد يكون هنالك مئات في خلية واحدة فقط!
ينجز كل پروتين وظيفة معيّنة تحدِّدها مورثة الدَّنا الخاصة به. لكن كيف يجري فك رموز المعلومات الوراثية في مورِّثة الدَّنا لكي يُصنع پروتين معيَّن؟ كما يظهر في الرسم البياني المرفق «كيف تُصنع الپروتينات»، ينبغي اولا ان تُنقل المعلومات الوراثية المخزَّنة في الدَّنا من نواة الخلية الى السيتوپلازما، حيث تقع الجُسيمات الريبية، اي المعامل المنتجة للپروتينات. ويُنجز هذا النقل بواسطة الحمض الريبي النووي (الرَّنا RNA). ثم «تقرأ» الجُسيمات الريبية في السيتوپلازما تعليمات الرَّنا وتجمع الحموض الأمينية بالتسلسل الملائم لتشكيل پروتين معيَّن. اذًا، هنالك علاقة وثيقة بين الدَّنا، الرَّنا وتكوُّن الپروتينات.
اين ابتدأ؟
اسرت دراسة علم الوراثة وعلم الاحياء الجزيئي اهتمام العلماء طوال عقود. ورغم الشكوك التي ساورت الفيزيائي پول دايڤيس حول وجود خالق وراء كل هذه الامور، فقد اعترف قائلا: «كل جُزيء لديه وظيفة معيَّنة ومكان محدَّد في التصميم العام بحيث يجري صنع المواد الصحيحة. وهنالك الكثير من الذهاب والاياب في الخلية. فينبغي ان تسافر الجُزيئات عبر الخلية لتلتقي اخرى في المكان المناسب والوقت المناسب لكي تستطيع ان تنجز وظائفها بشكل جيد. ويحدث كل ذلك دون وجود رب عمل يأمر الجُزيئات بما يجب ان تفعله ويوجِّهها الى اماكنها الملائمة. ولا يوجد مشرف لمراقبة نشاطاتها. فبكل بساطة تقوم الجُزيئات بما ينبغي ان تقوم به: تضرب جميع الجهات وهي تنتقل على غير هدى، تصطدم بعضها ببعض ثم ترتد، او تلتصق بعضها ببعض. . . . فبطريقة ما، وبشكل جماعي، تتحد هذه الذرَّات معا مؤدية رقصة الحياة بدقة متناهية».
لسبب وجيه، استنتج كثيرون ممَّن درسوا العمليات التي تحدث داخل الخلايا انه لا بد من وجود قوة ذكية مسؤولة عن خلقها. فدعونا نتأمل في السبب.
[الحاشية]
a لدراسة محتوى الخلايا وميزاتها من الناحية الكيميائية، يستعمل العلماء ايضا فرّازة، وهي اداة تفصل مكوِّناتها.
[الاطار/الرسم في الصفحة ٥]
نظرة الى داخل الخلية
داخل كل خلية توجد نواة — مركز التحكُّم في الخلية. وفي النواة، هنالك الصبغيات التي تتألف من جُزَيئات الدَّنا الملتفة بإحكام والپروتين. ومورِّثاتنا هي في جُزَيئات الدَّنا هذه. والجُسيمات الريبية، المعامل المنتجة للپروتين، هي في سيتوپلازما الخلية الموجود خارج النواة.
[الرسم]
(اطلب النص في شكله المنسَّق في المطبوعة)
الخلية
الجسيمات الريبية
السيتوپلازما
النواة
الصبغيات
الدَّنا — سلَّم الحياة
[الرسم في الصفحة ٧]
(اطلب النص في شكله المنسَّق في المطبوعة)
كيف تتناسخ الدَّنا
من اجل تبسيط الصورة، رُسمت الدَّنا اللولبية مسطَّحة
١ قبل ان تنقسم الخلايا لتنتج الجيل التالي من الخلايا، ينبغي ان تتناسخ الدَّنا. اولا، تساعد الپروتينات على فلق اجزاء من سلسلتي الدَّنا المزدوجتين
پروتين
٢ ثم، باتباع مبدإ تزاوج القواعد الصارم، ترتبط قواعد حرة (متوفرة) في الخلية بالقواعد الملائمة لها في السلسلتين الاصليتين
قواعد حرة
٣ اخيرا، تُصنع نسختان من المخطَّطات الوراثية. وهكذا، عندما تنقسم الخلية، تحصل كل خلية جديدة على مخطَّط وراثي مطابق للآخر
پروتين
پروتين
قانون تزاوج القواعد في الدَّنا:
أ دائما مع ت
أ ت تيمين
ت أ أدنين
س دائما مع ڠ
س ڠ ڠوانين
ڠ س سيتوزين
[الرسم في الصفحتين ٨ و ٩]
(اطلب النص في شكله المنسَّق في المطبوعة)
كيف تُصنع الپروتينات
للتبسيط نصوِّر پروتينا مؤلفا من ١٠ حوامض امينية. فمعظم الپروتينات تحتوي على اكثر من ١٠٠
١ يفلق پروتين معيَّن جزءا من سلسلتي الدَّنا
پروتين
٢ تتصل قواعد الرَّنا الحرة بقواعد الدَّنا المكشوفة على سلسلة واحدة فقط، مشكِّلة بذلك سلسلة من الرَّنا الرسول
قواعد رنا حرة
٣ ينفصل الرَّنا الرسول المشكَّل حديثا عن الدَّنا ويتحرك مبتعدا نحو الجُسيمات الريبية
٤ يختار احد جزيئات الرَّنا الناقل حمضا امينيا ويأتي به الى الجُسيم الريبي
الرَّنا الناقل
الجسيمات الريبية
٥ فيما يتحرك الجُسيم الريبي على طول الرَّنا الرسول، تتألف سلسلة من الحوامض الامينية
حوامض امينية
٦ فيما تتكوَّن السلسلة الپروتينية، تبدأ بالالتفاف حتى تتَّخذ الشكل اللازم لإنجاز وظيفتها كما ينبغي. بعد ذلك، يُطلق الجسيم الريبي هذه السلسلة
للرَّنا الرسول طرفان مهمان:
واحد يفهم شفرة الرَّنا الرسول
الآخر يحمل الحمض الاميني الصحيح
الرَّنا الناقل
قواعد الرَّنا تستعمل الـ ي عوض الـ ت، اذًا الـ ي تتحد بالـ أ
أ ي يوراسيل
ي أ أدنين