Kuchunguza Chembe kwa Hadubini

CHEMBE imeitwa sehemu ya msingi ya uhai. Kwa kweli, viumbe—kutia ndani mimea, wadudu, wanyama, na wanadamu—vimefanyizwa na chembe. Kwa miaka mingi, wanasayansi wamechunguza jinsi ambavyo chembe inafanya kazi na wamefunua mengi kuhusu biolojia ya molekuli na elimu ya urithi. Acheni tuchunguze chembe kwa makini zaidi na kufikiria mambo ambayo sayansi imegundua juu ya sehemu hizi ndogo sana za uhai zinazovutia.

Kuchunguza Chembe

Chembe zina maumbo tofauti-tofauti. Nyingine zina umbo la mstatili, nyingine zina umbo la mraba. Kuna chembe za mviringo, chembe zenye umbo la yai, na nyingine zisizokuwa na umbo maalumu. Fikiria amiba, kiumbe-hai chenye chembe moja kisichokuwa na umbo lolote maalumu. Badala yake, umbo lake hubadilika-badilika kinaposonga. Kwa kupendeza, kwa kawaida umbo la chembe hudokeza utendaji wake. Kwa kielelezo, chembe fulani za misuli ni ndefu na nyembamba na huwa zinajibana zinapofanya kazi. Chembe za neva—zinazowasilisha ujumbe katika mwili mzima—zina matawi marefu.

Chembe hutofautiana pia kwa ukubwa. Hata hivyo, chembe nyingi ni ndogo sana hivi kwamba haziwezi kuonwa kwa macho. Ili kutoa kielezi cha ukubwa wa chembe ya wastani, angalia nukta iliyo mwishoni mwa sentensi hii. Takriban chembe 500 zenye ukubwa wa wastani zaweza kutoshea katika nukta hiyo ndogo! Na ikiwa unafikiri hizo ni ndogo sana, ebu fikiria kwamba chembe fulani za bakteria ni ndogo zaidi mara 50. Chembe kubwa zaidi ni gani? Chembe kubwa zaidi ni kiini cha yai la mbuni—“jitu” lenye chembe moja, ambayo imekaribia kutoshana na mpira wa besiboli au wa kriketi!

Kwa kuwa chembe nyingi haziwezi kuonekana kwa macho, wanasayansi hutumia vifaa, kama vile hadubini, ili kuweza kuzichunguza.a Licha ya hivyo, sehemu fulani ndogo-ndogo zaidi za chembe bado hazieleweki kikamili. Fikiria hili: Hadubini ya elektroni inaweza kukuza ukubwa wa chembe mara zipatazo 200,000—ukubwa unaoweza kumfanya chungu aonekane akiwa na urefu wa zaidi ya meta 800. Na bado, baadhi ya sehemu ndogo-ndogo zaidi za chembe hukosa kuonekana baada ya kukuzwa hivi!

Hivyo wanasayansi wameona kwamba chembe ni tata ajabu. Katika kitabu chake The Fifth Miracle, mwanafizikia Paul Davies ataarifu hivi: “Kila chembe imejaa visehemu vidogo-vidogo ambavyo yaonekana viliundwa kwa kufuata kijitabu cha maagizo cha mhandisi. Kuna vibano, makasi, pampu, mota, nyenzo, vali, mifereji, minyororo, na hata magari mengi, vyote vikiwa vingi na vidogo sana. Bila shaka chembe si mfuko tu wa vitu. Sehemu mbalimbali huungana kufanyiza chembe moja inayotenda kazi kwa utaratibu, kama mashine iliyopangwa vyema kiwandani.”

DNA—Ile Molekuli ya Urithi

Wanadamu vilevile mimea na wanyama wenye chembe nyingi huanza kwa chembe moja. Chembe hiyo ifikiapo ukubwa fulani, hujigawa na kuwa chembe mbili. Kisha chembe hizi mbili hujigawa na kuwa chembe nne. Kadiri chembe hizo ziendeleavyo kujigawa, zinaanza kutimiza kazi hususa—yaani, zinatofautiana na kuwa chembe za misuli, chembe za neva, chembe za ngozi, na kadhalika. Utaratibu huu unapoendelea, chembe nyingi hujikusanya na kufanyiza tishu. Kwa mfano, chembe za misuli huungana ili kufanyiza tishu za misuli. Tishu mbalimbali hufanyiza viungo, kama vile moyo, mapafu, na macho.

Chini ya ngozi nyembamba ya kila chembe kuna umajimaji unaofanana na jeli unaoitwa sitoplazimu. Ndani zaidi mna kiini, ambacho kimetenganishwa na sitoplazimu kwa utando mwembamba. Kiini huitwa makao makuu ya utendaji wa chembe kwa sababu kinaelekeza karibu utendaji wote wa chembe. Ndani ya kiini mna programu ya urithi ya chembe, iliyoandikwa kwa deoxyribonucleic acid—kwa ufupi, DNA.

Molekuli za DNA hujipinda kabisa ndani ya kromosomu za chembe. Chembe zako za urithi, ambazo ni sehemu ya molekuli za DNA, hubeba habari yote inayohitajiwa ili kukufanya uwe jinsi ulivyo. “Programu ya urithi inayobebwa katika DNA hufanya kila kilicho hai kiwe tofauti na vitu vingine vilivyo hai,” chaeleza kitabu The World Book Encyclopedia. “Programu hii hufanya mbwa awe tofauti na samaki, pundamilia awe tofauti na ua la waridi, na mti uwe tofauti na nyigu. Hukufanya uwe tofauti na mtu mwingine yeyote duniani.”

Kiasi cha habari zilizo ndani ya DNA ya chembe yako moja tu chastaajabisha. Habari hiyo yaweza kujaza kurasa zipatazo milioni moja zenye ukubwa kama ukurasa huu! Kwa kuwa DNA ndiyo inayopitisha habari kutoka kwa kizazi kimoja cha chembe hadi kingine, imeitwa mpango mkuu wa uhai wote. Lakini je, DNA hufananaje?

DNA hufanyizwa na nyuzi mbili zinazopindana nazo zina umbo linalofanana na ngazi yenye vidato inayojipinda. Nyuzi hizi mbili zimeunganishwa na mchanganyiko wa misombo minne inayoitwa msingi. Kila msingi wa uzi mmoja umeunganishwa na msingi mwingine kwenye uzi wa pili. Jozi hizi za misingi hufanyiza vidato vya ngazi ya DNA inayojipinda. Mfuatano hususa wa misingi hiyo katika molekuli ya DNA ndio unaoamua habari ya urithi inayobebwa. Kwa ufupi, mfuatano huu ndio unaoamua karibu kila jambo juu yako, tokea rangi ya nywele zako hadi umbo la pua yako.

DNA, RNA, na Protini

Protini ndizo molekuli kubwa zipatikanazo kwa wingi ndani ya chembe. Imekadiriwa kwamba hizo ni zaidi ya nusu ya uzito halisi wa viumbehai vingi! Protini zimefanyizwa kwa misombo midogo inayoitwa asidi-amino. Baadhi yake hufanyizwa na mwili wako; nyingine lazima zitokane na chakula unachokula.

Protini zina kazi nyingi. Kwa mfano, kuna hemoglobini, protini ipatikanayo katika chembe nyekundu za damu, ambazo husafirisha oksijeni mwilini mwote. Kisha kuna zindiko, ambazo husaidia mwili wako kukabiliana na maradhi. Protini nyingine, kama vile insulini, hukusaidia kumeng’enya vyakula na kudhibiti pia utendaji mbalimbali wa chembe. Kwa ujumla, huenda kukawa na maelfu ya aina mbalimbali za protini mwilini mwako. Chembe moja tu inaweza kuwa na mamia ya protini!

Kila protini hutekeleza utendaji fulani hususa unaoamuliwa na chembe yake ya urithi ya DNA. Lakini, habari ya urithi katika DNA husomwaje ili protini fulani hususa ifanyizwe? Kama ionyeshwavyo katika mchoro wenye kichwa “Jinsi Protini Zinavyofanyizwa,” ni lazima habari ya urithi inayohifadhiwa katika DNA ihamishwe kutoka ndani ya kiini cha chembe na kuingia ndani ya sitoplazimu, ambamo mna ribosomu, au viwanda vya kufanyiza protini. Uhamishaji huu hutekelezwa na kiunganishi kinachoitwa ribonucleic acid (RNA). Ribosomu zilizo katika sitoplazimu “husoma” maagizo ya RNA na kisha hutokeza mfuatano unaofaa wa asidi-amino ili kufanyiza protini fulani hususa. Hivyo, kuna uhusiano wa kushirikiana kati ya DNA, RNA, na ufanyizaji wa protini.

Uhai Ulianzia Wapi?

Elimu ya urithi na biolojia ya molekuli imewakanganya wanasayansi kwa miongo mingi. Mwanafizikia Paul Davies anatilia shaka uwezekano wa kwamba Muumba ndiye aliyetokeza mambo haya yote. Ingawa hivyo, yeye akiri hivi: “Kila molekuli ina utendaji hususa na mahali pake hususa katika mpango wote hivi kwamba vitu vinavyofaa ndivyo vinavyofanyizwa. Kuna kusafiri kwingi kunakoendelea. Ni lazima molekuli zisafiri ndani ya chembe ili zikutane na nyingine mahali panapofaa na kwa wakati unaofaa ili ziweze kutekeleza kazi zake inavyofaa. Yote haya hutukia bila kuwapo kwa bwana-mkubwa anayeelekeza utendaji wa molekuli na kuzipeleka mahali panapofaa. Hakuna mwangalizi anayesimamia utendaji wao. Molekuli hufanya tu mambo ambayo molekuli zapaswa kufanya: kurukaruka bila utaratibu wowote, kugongana, kudundadunda, kukumbatiana. . . . Kwa njia fulani, na kwa pamoja, atomu hizi zisizokuwa na ufahamu huungana katika kucheza dansi ya uhai kwa utaratibu wa hali ya juu sana.”

Wakiwa na sababu nzuri, watu wengi ambao wamechunguza utendaji ndani ya chembe wamekata kauli kwamba ni lazima kuwe na mtu mwenye akili aliyeumba chembe hii. Acheni tuone sababu.

[Maelezo ya Chini]

[Sanduku/Mchoro katika ukurasa wa 5]

Kuchunguza Ndani ya Chembe

Ndani ya kila chembe mna kiini—makao makuu ya utendaji wa chembe. Ndani ya kiini mna kromosomu, ambazo zimefanyizwa kwa molekuli za DNA zilizojipinda sana na protini. Chembe zetu za urithi ziko katika molekuli hizi za DNA. Ribosomu, ambazo hutengeneza protini, ziko katika sitoplazimu ya chembe, iliyo nje ya kiini.

[Mchoro]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Chembe

Ribosomu

Sitoplazimu

Kiini

Kromosomu

DNA—ile ngazi ya uhai

[Mchoro katika ukurasa wa 7]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Jinsi DNA Inavyojigawa

Kwa kusudi la kuifanya ieleweke kwa urahisi, nyuzi za DNA zenye kujipinda zimenyooshwa

1 Kabla chembe hazijajigawa ili kutokeza kizazi cha chembe kinachofuata, ni lazima zijigawe (zifanye nakala ya) DNA. Kwanza, protini husaidia kufumua sehemu za DNA yenye nyuzi mbili

Protini

2 Kisha, kwa kufuata sheria kali za muungano kwenye misingi, misingi iliyo huru (inayopatikana) katika chembe huungana pamoja na misingi inayolingana nayo kwenye nyuzi mbili za kwanza

Misingi huru

3 Hatimaye, nakala mbili za DNA hufanyizwa. Kwa hiyo, chembe inapojigawa, kila chembe mpya hupokea habari ileile ya DNA

Protini

Protini

Sheria za muungano wa misingi ya DNA:

Sikuzote A huungana na T

A T Thymine

T A Adenine

Sikuzote C huungana na G

C G Guanine

G C Cytosine

[Mchoro katika ukurasa wa 8, 9]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Jinsi Protini Zinavyofanyizwa

Ili ieleweke kwa urahisi, tunatoa kielezi cha protini ambayo imefanyizwa kwa asidi-amino 10. Protini nyingi zina zaidi ya amino asidi 100

1 Protini ya pekee hufunua sehemu ya nyuzi za DNA

Protini

2 Misingi huru ya RNA huungana na misingi iliyo wazi ya DNA kwenye uzi mmoja peke yake, na hilo hutokeza uzi wa RNA unaopeleka ujumbe

Misingi huru ya RNA

3 RNA yenye kupeleka ujumbe ambayo imetoka kufanyizwa huachana na DNA na kuelekea kwenye ribosomu

4 RNA ya kuhamisha hubeba asidi-amino moja na kuipeleka kwenye ribosomu

RNA inayohamisha

Ribosomu

5 Mnyororo wa asidi-amino huunganishwa pamoja wakati ribosomu inapopitia RNA inayopeleka ujumbe

Asidi-amino

6 Mnyororo wa protini unaofanyizwa huanza kujikunja katika umbo linalofaa ili kutekeleza kazi inavyofaa. Kisha mnyororo huo huachiliwa na ribosomu

RNA ya kuhamisha ina sehemu mbili muhimu:

Sehemu moja hutambua uzi wa RNA unaopeleka ujumbe

Sehemu nyingine hubeba asidi-amino inayofaa

RNA ya kuhamisha

Misingi ya RNA hutumia U badala ya T, kwa hiyo U huungana na A

A U Uracil

U A Adenine