MFUMO WA PEKEE WA KUHIFADHI HABARI

Kulingana na ubao wa maelezo, ili kuelewa DNA, lazima mtu aelewe kwanza vile vipago, yaani, fito zinazounganisha sehemu mbili za ngazi. Wazia ngazi ikiwa imekatwa mara mbili. Kila kipande kina vipago vinavyotokeza. Vipago hivyo ni vya aina nne tu. Wanasayansi huviita A, T, G, na C. Wanasayansi walishangaa kugundua kwamba mpangilio wa herufi hizo hutuma habari kwa njia fulani iliyofupishwa.

Huenda unajua kwamba mawasiliano ya Morse yalianzishwa katika karne ya 19 ili watu waweze kuwasiliana kwa njia ya telegrafu. Mfumo huo ulitumia “herufi” mbili tu—nukta na kistari. Hata hivyo, “herufi” hizo zingeweza kutumiwa kuwakilisha maneno au sentensi nyingi. Mfumo wa DNA una herufi nne. Mpangilio wa herufi hizo—A, T, G, na C—hufanyiza “maneno” yanayoitwa codons. Codons zimepangwa katika “maghorofa” yanayoitwa chembe za urithi. Kwa wastani, kila chembe ya urithi ina herufi 27,000. Chembe hizo pamoja na mitanuko iliyo kati yake huungana na kufanyiza vitu kama sura za kitabu—kromosomu mojamoja. Kromosomu 23 zinahitajika ili kutengeneza “kitabu” kizima—habari zote kuhusu chembe za urithi za kiumbe kilicho hai.b

Chembe za urithi zingekuwa kitabu kikubwa. Kingekuwa na habari nyingi kadiri gani? Kwa ujumla, chembe za urithi za mwanadamu hufanyizwa kwa pea za msingi au vipago bilioni tatu hivi kwenye ngazi ya DNA.¹⁹ Wazia ensaiklopedia kadhaa ambazo kila moja ina zaidi ya kurasa 1,000. Chembe za urithi zinaweza kujaza mabuku 428 ya aina hiyo. Ukiongeza nakala ya pili iliyo katika kila chembe utapata jumla ya mabuku 856. Ikiwa ungechapa mabuku hayo ya chembe hizo za urithi wewe mwenyewe, ingekuwa kazi ya kudumu—bila likizo—ambayo ingekuchukua miaka 80 hivi!

Bila shaka, kazi ya aina hiyo ingekuwa yenye kuchosha tu. Ungeweza jinsi gani kujaza mamia ya mabuku makubwa kwenye kila moja ya chembe zako ndogo sana trilioni 100? Kushindilia habari nyingi kadiri hiyo na kwa njia bora hivyo ni jambo linalopita uwezo wetu.

Profesa fulani wa sayansi ya molekuli na kompyuta alisema: “Gramu moja ya DNA, ambayo ikikaushwa inaweza kuchukua ujazo wa sentimita moja ya mchemraba, ina habari nyingi kama zile zinazoweza kutoshea katika diski trilioni moja hivi.”²⁰ Hilo linamaanisha nini? Kumbuka kwamba DNA ina chembe za urithi, maagizo yanayofanyiza mwili wenye kustaajabisha wa mwanadamu. Kila chembe ina maagizo kamili. DNA ina habari nyingi sana hivi kwamba chembe zinazotoshea kwenye kijiko cha chai zinaweza kubeba maagizo yanayotosha kufanyiza idadi ya wanadamu wote walio hai leo, mara 350! DNA inayohitajika kufanyiza watu bilioni saba wanaoishi duniani leo haiwezi hata kufanyiza utando mwembamba kwenye kijiko hicho.²¹

[Sanduku/Picha katika ukurasa wa 20]

MOLEKULI INAYOWEZA KUSOMWA NA KUNAKILIWA

DNA inaweza kusomwa na kunakiliwa bila kukosea jinsi gani? Kemikali nne zinazotumika katika ngazi ya DNA—A, T, G, na C—hufanyiza kila kipago cha ngazi kwa kujipanga kwa mpangilio uleule: A na T, G na C. Ikiwa upande mmoja wa kipago ni A, nyakati zote ule upande mwingine ni T; na nyakati zote G hukutana na C. Kwa hiyo, ikiwa una upande mmoja wa ngazi, unaujua ule upande mwingine. Upande mmoja wa ngazi ukiwa GTCA, lazima ule upande mwingine uwe CAGT. Vipago hivyo nusu-nusu hutofautiana kwa urefu, lakini vinapoungana, vinafanyiza vipago kamili vyenye urefu ulio sawa.

Kujua ukweli huo kuliwasaidia wanasayansi kugundua ukweli mwingine kuhusu molekuli hii yenye kustaajabisha: DNA ina uwezo wa kunakiliwa tena tena. Mashini ya kimeng’enya ambayo hunakili DNA huchukua elementi zinazoelea za zile kemikali nne kutoka kwenye kiini. Kisha inazitumia kukamilisha kila kipago kwenye uzi uliogawanyika wa DNA.

Hivyo basi, molekuli ya DNA ni kama kitabu kinachosomwa na kunakiliwa tena na tena. Kwa wastani, katika maisha ya mwanadamu, nakala za DNA hufanyizwa mara 10,000,000,000,000,000 hivi. Inashangaza kwamba licha ya kufanyizwa mara nyingi hivyo, nakala hizo hufanana sana na za awali.²⁸

MASHINI ZILIZO MWENDONI

Ukiwa umesimama kwa utulivu, unashangaa ikiwa kwa kweli kiini cha chembe kimesimama tuli kama jumba la makumbusho. Kisha unaona ubao mwingine wa maelezo. Juu ya chombo cha glasi kuna DNA ya mfano yenye maandishi yanayosema: “Bonyeza Kitufe Upate Ufafanuzi.” Unabonyeza kitufe, naye msimuliaji anasema: “DNA inatimiza angalau kazi mbili muhimu. Kwanza inatokeza nakala yake. Lazima DNA inakiliwe ili kila chembe mpya iwe na nakala kamili ya habari zilezile za chembe za urithi. Tafadhali tazama onyesho hili.”

Mashini inayoonekana kuwa tata inaingia kupitia mlango ulio upande mmoja wa ubao wa maelezo. Ni roboti nyingi zilizounganishwa pamoja. Mashini hiyo inaenda kwa DNA, inajipachika, na kuanza kusonga pamoja na DNA kama vile gari-moshi linavyofuata reli. Inasonga kwa kasi hivi kwamba huwezi kuona kwa urahisi kinachoendelea, lakini unaweza kuona kwamba nyuma yake sasa kuna kamba mbili zilizokamilika za DNA badala ya moja.

Msimuliaji anaeleza: “Hii ni njia rahisi sana ya kuonyesha kinachoendelea DNA inapojinakili. Kikundi cha molekuli zinazoitwa vimeng’enya husafiri pamoja na DNA, kwanza zinajigawanya katika sehemu mbili, kisha zinatumia kila uzi kama kigezo cha kutengeneza uzi mwingine mpya unaofanana nao. Hatuwezi kukuonyesha sehemu zote zinazohusika—kama vile kifaa ambacho hutangulia mashini ya kunakili na kukata upande mmoja wa DNA ili iweze kujizungusha kwa urahisi bila kujifunga. Wala hatuwezi kukuonyesha jinsi DNA ‘inavyosahihishwa’ mara kadhaa. Makosa yanagunduliwa na kusahihishwa kwa usahihi wa hali ya juu sana.”—Ona picha katika ukurasa wa 16 na 17.

Msimuliaji anaendelea: “Kile tunachoweza kukuonyesha waziwazi ni mwendo. Uliona roboti hii ikisonga kwa mwendo wa kasi sana, sivyo? Kimeng’enya husonga kwenye ‘njia’ ya DNA kwa kiwango cha vipago au pea za msingi 100 hivi kwa kila sekunde.²³ Ikiwa ‘njia’ hiyo ingekuwa na ukubwa wa reli, ‘injini’ hiyo ingekuwa ikikimbia kwa mwendo wa zaidi ya kilomita 80 kwa saa. Katika bakteria, mashini za kunakili zinaweza kusonga kwa kasi mara kumi zaidi ya mwendo huo! Katika chembe ya mwanadamu, mamia ya mashini hizo za kunakili hufanya kazi katika sehemu tofauti-tofauti kando ya ‘njia’ ya DNA. Mashini hizo hunakili chembe zote za uhai kwa saa nane tu.”²⁴ (Ona sanduku “Molekuli Inayoweza Kusomwa na Kunakiliwa,” katika ukurasa wa 20.)

“KUSOMA” DNA

Roboti za kunakili DNA zinabingirika na kuondoka jukwaani. Mashini nyingine inatokea. Hiyo pia inasonga katika mtanuko wa DNA, lakini polepole. Unaona kamba ya DNA ikiingia upande mmoja wa ile mashini na kutokea upande mwingine—bila kubadilika. Lakini uzi mmoja mpya unatokea kwenye tundu tofauti la mashini hiyo kama mkia unaoota. Ni nini kinachoendelea?

Tena msimuliaji anafafanua: “Kazi ya pili ya DNA ni kurekodi. DNA haiondoki ndani ya kiini. Hivyo basi, chembe zake za urithi—viambato vya protini vinavyofanyiza mwili wako—zinaweza kusomwa na kutumiwa jinsi gani? Mashini hiyo ya vimeng’enya inapata mahali kando ya DNA ambapo chembe ya urithi ilikuwa imewashwa na kemikali zinazoingia kutoka nje ya kiini cha chembe. Kisha mashini hiyo inatumia molekuli inayoitwa RNA (ribonucleic acid) kutengeneza nakala ya chembe hiyo ya urithi. Molekuli ya RNA inafanana sana na uzi mmoja wa DNA, lakini zinatofautiana. Kazi yake ni kuchukua habari zilizo ndani ya chembe za urithi. Molekuli ya RNA inapokea habari hiyo ikiwa ndani ya mashini ya kimeng’enya, kisha inaondoka kwenye kiini na kwenda kwa mojawapo ya ribosomu ambapo habari hiyo itatumiwa kutengeneza protini.”

Unapoendelea kutazama onyesho hilo, unajawa na mshangao. Unavutiwa sana na jumba hilo la makumbusho na ujuzi wa waliochora ramani yake na kujenga mitambo yake. Lakini namna gani ikiwa jumba hilo lote pamoja na vifaa vyote vilivyomo vingeanza kutenda, vikionyesha kazi nyingi mbalimbali zinazofanyika ndani ya chembe ya mwanadamu wakati uleule mmoja? Hilo lingekuwa onyesho lenye kustaajabisha kama nini!

Hata hivyo, unagundua kwamba mambo hayo yote yanayofanywa na mashini ndogo lakini tata sana yanaendelea sasa hivi ndani ya chembe zako trilioni 100! DNA yako inasomwa, ikitoa maagizo ya kutengeneza mamia ya maelfu ya protini tofauti-tofauti zinazofanyiza mwili wako—vimeng’enya vyake, tishu, viungo, na kadhalika. Sasa hivi DNA yako inanakiliwa na kusahihishwa ili kupata maagizo mengine mapya yatakayosomwa katika kila chembe mpya.

[Mchoro katika ukurasa wa 14, 15]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

“Mafanikio ya uhandisi”

Jinsi DNA Inavyopangwa

Kupanga DNA ndani ya kiini ni mafanikio makubwa ya kihandisi—kama vile kupanga uzi wenye urefu wa kilomita 40 ndani ya mpira wa tenisi

[Mchoro katika ukurasa wa 16, 17]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Kutoa Nakala

Jinsi DNA Inavyonakiliwa

1 Sehemu hii ya mashini ya kimeng’enya hugawanya DNA katika nyuzi mbili tofauti

2 Sehemu hii ya mashini huchukua uzi wa DNA na kuutumia kama kigezo cha kutengeneza uzi wenye nyuzi mbili

3 Kibanio chenye umbo la mviringo ambacho huongoza na kuimarisha mashini ya kimeng’enya

4 Nyuzi mbili zilizokamilika za DNA zinatengenezwa

Ikiwa DNA ingekuwa na ukubwa wa reli, mashini ya kimeng’enya ingesafiri kwa mwendo wa zaidi ya kilomita 80 hivi kwa saa

[Mchoro katika ukurasa wa 18, 19]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Kurekodi

Jinsi DNA “Inavyosomwa”

1 Hapa DNA haijanyooshwa. Uzi unaoonekana hupeleka habari kwa RNA

2 RNA “husoma” DNA, na kuchukua habari zilizo ndani ya chembe ya urithi. DNA huiambia mashini ya kurekodi mahali itakapoanzia kurekodi na itakapomalizia

3 Ikiwa na habari nyingi, RNA huondoka kwenye kiini cha chembe na kwenda kwenye ribosomu, ambapo inapeleka maagizo kuhusu jinsi ya kutengeneza protini tata

4 Mashini ya kurekodi