فهم الوراثة Genetics هوفهم دراسة المورثات (الجينات ) gene ، والصفات الوراثية التي تنتقل من الآباء للأبناء عن طريق المورثات ، كما يفهم تباين الأنواع واختلاف صفاتهم نتيجة اختلاف المادة الوراثية (الصبغيات Chromosomes ) .

التاريخ

توافرت عناصر الوراثة منذ بدء الخليقة وكانت مهمة الأثر في نشوء الأنواع المتنوعة وتطورها. وفيما بين عامي 470 ـ322ق.م خط أرسطووأفلاطون وأبقراط عن وراثة الصفات البشرية، واعتقدوا حتى السائل المنوي مسؤول بشكل ما عن نقل الصفات إلى الأبناء، على الرغم من أنهم لم يدركوا مساهمات جميع من الأبوين في ذلك.

وصف روبرت هوك Robert Hooke الخلية أول مرة عام 1665 مستخدماً مجهراً ضوئياً بدائياً. وفي عام 1839 اقترح ماتياس شلايدن Matthias Schleiden وتيودور شڤان Theodor Schwann حتى الخلايا والأنوية كانت الوحدات الرئيسة في الحياة. وفي عام 1855 اقترح رودُلف ڤيرشوRudolph Virchow حتى الخلايا الحديثة تتكون فقط من انقسام خلايا موجودة قبلها.

في عام 1859 نشر داروين Darwin كتابه «في أصل الأنواع» On the Origin of Species مقترحاً حدوث التطور evolution بوساطة الاصطفاء الطبيعي natural selection. وفي عام 1866 نشر غريغور مندل بحثه «تجارب فيتهجين النبات» Experiments in Plant Hybridization التي اقترحت مبادئ الوراثة وأدخلت مفهوم العوامل الوراثية genetic factors التي تسبب الصفات السائدة dominant traits والصفات المتنحية recessive traits، ويعهد مندل اليوم بأنه الأب المؤسس لفهم الوراثة.

حصل يوهان ميشَر Johann Miescher عام 1869 على مستخلص من الحمض النووي وأعطاها اسم «نووين» nuclein، ولعله بذلك كان أول من اكتشف الأسس الفيزيائية للوراثة، واقتضى الأمر نحو80 سنة قبل حتى يُوضَح حتى النووين هي الدنا DNA. وبين عامي 1879-1882 اكتشف والتر فليمنغ Walther Flemming باستخدامه صبغات حديثة خيوطاً رفيعة يظهر أنها قيد الانقسام ضمن أنوية خلايا يرقات السلمندر salamander، وبذلكقد يكون قد اكتشف الصبغيات (الكروموزومات) chromosomes.

في عام 1883 أطلق فرنسيس غالتون Francis Galton اسم تحسين النسل eugenics لوصف تحسين الإنسان بوساطة التربية الانتقائية selective breeding، وأسس مخبراً للتحسين الوطني للنسل في الكلية الجامعية في لندن.

شهد القرن العشرون اكتشافات مذهلة في فهم الوراثة، وابتدأ في عام 1900 بإعادة اكتشاف مبادئ (أوقوانين) مندل الوراثية التي ظلت مهملة منذ أعربها، وكان ذلك من قبل ثلاثة فهماء هم هوغودوفريز Hugo de Vries وكارل كورنز Karl Correns وإريش فون تشيرماك Erich von Tschermak.

تتابعت أبحاث الوراثة على نحوسريع منذ مطلع القرن العشرين وفي أثنائه، وكان منها على سبيل المثال ما يأتي:

أطلق وليَم بيتسون William Bateson اسم genetics على فهم الوراثة، وفي عام 1910 استخدم العالم الشهير توماس مورغَن ذبابة الخل Drosophila melanogaster في أبحاثه، وأثبت ارتباط بعض الصفات بالجنس. وأوضح أحد تلامذته كالفِن بريدجز Calvin Bridges عام 1913 حتى المورثات توجد في الصبغيات. وفي العام ذاته أظهر تلميذه الآخر ألفرد ستورتِفانت Alfred Sturtevant الترتيب الخطي للمورثات على الصبغي، كترتيب حبات المسبحة على خيطها؛ كما أوضح حتى مورثة أي صفة معينة توجد في مسقط locus ثابت على صبغي معين. وفي عام 1926 اكتشف هيرمَن ج. موللر Hermann J. Muller - وهوتلميذ آخـر لمورغَن - طرائق لإنتاج طفرات mutations باستخدام الإشعاع وغيره من مواد مطَفِّرة mutagens، وبذلك اكتشف منشأ المورثات الجديدة بالطفرات، وهي نظرية كان دوفريز اقترحها في مطلع تسعينيات القرن العشرين. وفي عام 1941 اقترح جورج بيدل George Beadle وإدوارد تاتوم Edward Tatum حتى «المورثة الواحدة تُرمِّز لإنزيم واحد».

لعل أعظم الاكتشافات في فهم الوراثة كان تحديد البنية الحلزونية المزدوجة للدنا من قبل فرنسيس كريك Francis Crick وجيمس واتسون James Watson عام 1953، ومن ثم أوضح واتسون المبدأ الرئيس في الوراثة وهوحتى الدنا يمكن حتى تتضاعف لإنتاج دنا، أوحتى تنتج رنا مرسال mRNA يستطيع بدوره إنتاج بروتين.

ليس من اليسير إدراج الاكتشافات كافة في مختلف مجالات فهم الوراثة والتي تم تحقيقها في القرن العشرين، لكنه يفضل عدم إهمال الإشارة إلى أعمال الهندسة الوراثية genetic engineering وتطبيقاتها الكثيرة التي ابتدأت منذ مطلع السبعينيات، وكذلك إلى النتائج الباهرة لمشروع الجينوم البشري Human Genome Project الذي تم تطبيقه عام 2003.

المورثة

الشكل (1)

المورثة gene هي الوحدة الفيزيائية والوظيفية الأساسية في الوراثة، تتكون من الحمض الريبي النووي المنقوص الأكسجين (الدنا) DNA [الصبغي (كروموزوم)]، وتحمل تتاليات القواعد bases فيها (أدنين adenine، سيتوزين cytosine، غوانين guanine، وتيمين thymine) المعلومات اللازمة لصنع البروتينات المتنوعة في سيتوبلازم الخلايا (الشكل 1)، وهي تُعد المكونات الأساسية في الخلايا والأنسجة وكذلك لصنع الإنزيمات المهمة في التفاعلات الكيمياوية الحيوية. ويراوح حجم المورثات بين بضع مئات من القواعد، إلى أكثر من مليونين منها.

يمتلك جميع إنسان (وحيوان) نسختين copies من جميع مورثة (ماعدا المرتبطة بالجنس منها في الذكور) واحدة منهما من الأب والثانية من الأم. والغالبية العظمى من المورثات هي واحدة في جميع الناس، تختلف فيما بينهم بما لا يزيد على 0.1% منها. والأليلات alleles هي أشكال من المورثات ذاتها ولكن يختلف بعضها عن بعض بتتالي القواعد فيها، وتسهم هذه الاختلافات البسيطة في تحديد الصفات الخاصة بكل كائن.

يحتوي جميع صبغي على كثير من المورثات، ويبلغ عددها في الإنسان نحو25000 مورثة، وتختلف أعدادها من صبغي إلى آخر ومن نوع إلى نوع، وقد أمكن فهم الكثير عنها وعن هجريبها ووظائفها من دراسات مشروع الجينوم البشري[ر]. وتشكل المورثات ما لا يزيد على 2% من جينوم الإنسان، أما الباقي فيتكون من مناطق لا تُرمِّز لبروتينات. ويُعتقد حتى وظائفها تضم إعطاء الصبغي هيكلية مناسبة، إضافة إلى تنظيم أين ومتى تُصنَّع البروتينات وكمياتها؟

الوراثة المندلية

الراهب النمسوي غريغور يوهان مندل Gregor Johann Mendel هوأب فهم الوراثة، ويعود إليه الفضل في وضع أسسها عبر أول تحليلات إحصائية منتظمة وسليمة أجراها على نتائج تجاربه في نباتات البازلاء في حديقة الدير الذي كان يقطنه. وفي عام 1865 وفَّرت هذه التجارب أول أدلة قاطعة بشأن وحدات الوراثة التي سمَّاها آنذاك «عوامل» factors، وتُسمى اليوم مورثات (جينات) genes، مع الفهم أنه لم يكن يعهد لا المورثات ولا الصبغيات التي تحملها.

تتميز البازلاء التي اختارها مندل في تجاربه بوضوح تام للصفات، فمثلاً لون الأزهار هوأرجواني أوأبيض، والساق طويلة أوقصيرة والبذور مجعدة أوملساء، وغيرها من سبع صفات درسها (الشكل 2). واستعداداً لتطبيق تجاربه حرص على تكوين مجموعات أصيلة (نقية) pure وراثياً بتكرار التأبير الذاتي لنباتاته للصفات المرغوبة أجيالاً متعددة وذلك لضمان امتلاك جميع النباتات للصفة ذاتها (مثلاً نباتات طويلة الساق، ونباتات قصيرة الساق). وابتدأ تحليلاته بتتبع وراثة صفة واحدة فقط في وقت واحد.

الشكل (2)

مثال لتجاربه على ما يُسمى اليوم الهجونة الأحادية: لقَّح مندل نباتات بيضاء الأزهار وأخرى أرجوانية purple، وغرس البذور الناتجة فحصل على الجيل الأول F1 الذي كانت جميع أزهاره أرجوانية اللون، ثم لقح نباتات هذا الجيل تلقيحاً خلطياً وغرس بذوره فحصل على الجيل الثاني F2 الذي كانت أزهاره أرجوانية وبيضاء، وبنسبة ثلاثة أرجواني إلى 1 أبيض (الشكل 3).

الشكل (3)

وعلى هذا فإن صفة واحدة من شفع الصفتين وهواللون الأرجواني ظهر في الجيل الأول، أما الصفة الثانية فلم تظهر في أي من نباتاته، وهذا ما يُعهد بالسيادة dominance، أما الصفة المستترة (اللون الأبيض) فهي الصفة المتنحية recessive.

كانت أزهار الجيل الثالث وما تلاه، والناتجة من التأبير الذاتي لنباتات الجيل الثاني بيضاء الأزهار، بيضاء اللون، مما يشير على نقاوتها الوراثية، أما نباتات الجيل الثاني الأرجوانية الأزهار فإنها سلكت سلوكاً مغايراً، فثلثها ابتكر بالتأبير الذاتي في الجيل الثالث وما يليه أزهاراً أرجوانية فقط، والثلثان الآخران أنتجا فيه كلا اللونين بنسبة ثلاثة نباتات أرجوانية الأزهار ونبات واحد أبيض الأزهار، مما يشير على كون نباتات هذين الثلثين هجينة (الشكل 4).

كرر مندل تلقيحاته في أشفاع الصفات الست الأخرى فحصل على نتائج مماثلة لتجربته حول لوني الأزهار (الشكل 2)، ومن ثم فإن الانتظام الرياضي وقابلية الإعادة لهذه التجارب بنجاح أقنعا مندل حتى صفة لون الأزهار، وكذلك الصفات الأخرى التي درسها وحلل نتائجها قد انتقلت مسبباتها من دون أيما تغيير من جيل إلى التالي له. وقد سمَّى مندل هذه المسببات «عوامل» factors، وعُرفت منذ أوائل القرن العشرين باسم «مورثات» (جينات).

اقترح مندل حتى جميع نبات يمتلك «عاملين» (مورثتين) للون الأزهار، وعاملين لطول الساق، إلى غير ذلك لبقية الصفات التي درسها، وأن جميع أب يورث نسله أحد العاملين. ولتتبع وراثة صفة لون الأزهار يُستخدم الحرف الكبير «P» (من purple) رمزاً لعامل (مورثة) لون الأزهار القرمزي، والحرف الصغير «p» رمزاً للأليل الخاص باللون الأبيض.

الشكل (4)

ولكون نباتات الآباء متماثلة الزيجوت homozygous فإن النباتات قرمزية الأزهار تمتلك المورثتين السائدتين، أي PP، وتمتلك النباتات بيضاء الأزهار المورثتين المتنحيتين pp، ولما كان جميع أب يورث نسله مورثة واحدة من المورثتين كان النمط الوراثي genotype للجيل الأول هوPp، وهوبذلك مختلف الزيجوت heterozygous، ومن ثم افترض مندل حتى تأثير العامل السائد ستر تأثير العامل المتنحي، وكان النمط المظهري phenotype جميع نباتات هذا الجيل هواللون القرمزي. أما لون أزهار الجيل الثاني فكان موزعاً بنسبة ثلاثة قرمزي :(P-) و1 أبيض (pp)، وهذا مشروح في الشكل (2) الذي يبين أيضاً حتى ثلث الأزهار القرمزية متماثل الزيجوت (PP) وأن ثلثيها الآخرين مختلفا الزيجوت (Pp)، أي (1 PP: 2 Pp: 1pp).

تبين مما تجاوز حتى أثر الأليل المتنحي لا يظهر في الجيل الأول (الهجين)، كما حتى هذا الأليل لا يمتزج بقرينه السائد، ويظهر أثر الأليل المتنحي مجدداً في الجيل الثاني حين وجوده بحالة أصيلة (pp). ويدعى عدم امتزاج أليلات جميع شفع من المورثات في أعراس الأفراد الهجينة بظاهرة نقاوة الأعراس، وتكمن فيها الآلية الخلوية للانقسام الاختزالي meiosis.

لم يكتفِ مندل بدراسة الهجونة الأحادية (المعتمدة على شفع واحد من الأليلات)، بل تفهم أيضاً السلوك الوراثي للنسل في حالة الهجونة الثنائية حيث تتحكم مورثتان اثنتان في الصفة الواحدة، ولاحظ حتى جميع زوج من الأليلات يورث مستقلاً عن الآخر، وتُعهد هذه الظاهرة بقانون التوزع الحر law of independent assortment. مثال ذلك التهجين بين نباتات بازلاء يمتلك بعضها بذوراً ملساء صفراء اللون، وكلاهما صفة سائدة، ويمتلك بعضها الآخر الصفتين المتنحيتين (بذور مجعدة خضراء اللون)، فكانت بذور الجيل الأول ملساء الشكل وصفراء اللون، أما بذور الجيل الثاني فتوزعت بنسبة 1:3:3:9 (الشكل 3)، وأمكنه تقسيم جميع البذور (وكان عددها 556 بذرة: 315 ملساء صفراء، 101 مجعدة صفراء، 108 ملساء خضراء، 32 مجعدة خضراء) إلى قسمين:

1ـ من حيث الشكل: 315+108=423 بذرة ملساء.

101+32=133 بذرة مجعدة (أي بنسبة 1:3).

2ـ من حيث اللون: 315+101= 416 بذرة صفراء.

108+32=140 بذرة خضراء (أي بنسبة 1:3).

بعد نحو50 سنة من إجراء مندل لتجاربه اكتُشِفت الصبغيات بعد حتى طُوِّر المجهر تطويراً كبيراً، كما دُرس سلوك الصبغيات في أثناء الانقسامات الخلوية، ولاسيما الانقسام الاختزالي الذي يحدث في أثناء تكوين الأعراس gametes الذكرية والأنثوية. وقد لوحظ توازٍ دقيق لسلوك الصبغيات في أثناء الانقسام الاختزالي مع سلوك المورثات الذي تجاوز حتى وصفه مندل. وثبت أيضاً حتى أشفاع الأليلات كانت تحمل على أشفاع متماثلة من الصبغيات، وأن هذه الصبغيات تنفصل في أثناء الانقسام الاختزالي، مما يعلل القانون المسمى قانون الانعزال law of segregation (وهوأيضاً لمندل).

الوراثة اللامندلية

يمكن إثبات صحة نتائج مندل في حالة وراثة أكثر من شفعين من الصفات، وبديهي أنه يُشترط لذلك حتى تكون أشفاع المورثات محمولة على أشفاع مختلفة من الصبغيات، أي لا تكون مرتبطة معاً [ر. العبور الوراثي].

تميل المورثات القريبة من بعضها على صبغي ما إلى تكوين مجموعة ارتباطية، وتزداد شدة الارتباط فيما بين المورثات بازدياد اقترابها بعضاً من بعض، في حين يزداد احتمال انفصالها عبر ظاهرة العبور crossing over في أثناء الانقسام مع ازدياد المسافة بين مواقعها. وقد كان هذا الاكتشاف من بين عدد كبير من الاكتشافات التي أثبتت عدم صحة تطبيق قانوني مندل في جميع الأحوال.

في أبحاث مندل لم يكن هنالك تأثير لجنس الأبوين في مظاهر الأبناء في جميع من الصفات السبع التي درسها، تمييزاً لها من الوراثة المرتبطة بالجنس[ر] sex-linked inheritance، كما هي الحال في سقم الناعور hemophilia مثلاً. كما حتى الأنماط المظهرية تختلف في حالة السيادة غير التامة [ر] incomplete dominance حيثقد يكون مظهر الهجن وسطاً بين مظهري الأبوين، كما هي الحال في ماشية الشورتهورن، إذ يُنتج التلقيح بين حيوانات حمراء اللون وأخرى بيضاء اللون مظهراً وسطاً في الأبناء هواللون الطوبي أوالقرميدي. إضافة إلى ذلك فقد تكون الصفة مسببة عن عمل عدة أشفاع من المورثات أوحتى مورثة واحدة قد تسبب عدة صفات.

إن اكتشاف حتى المورثات مكونة من الدنا (نحوعام 1950)، واكتشاف جيمس واتسون James Watson وفرنسيس كريك [ر] Francis Crick للهجريب الحلزوني للدنا عام 1953 أدَّيا إلى تطور عظيم في أبحاث الوراثة وتطبيقاتها عبر التقدم الكبير في تحليل المادة الوراثية وطرائق التعامل معها. وبفضل هذه التطورات والمكتشفات التي نجمت عنها فقد استبدلت بالتحاليل الوراثية المندلية تقانات حديثة لإجراء التحليلات على المستويين الخلوي والجزيئي. ومن ثم أصبح ممكناً تحديد المورثات وعزلها ونسخها، وتعهد الهجريب الجزيئي الدقيق الخاص بها، وصولاً إلى تطبيق مشروع الجينوم البشري[ر] الذي حدد الهجريب الدقيق لمورثات الإنسان ومواقعها في الصبغيات.

وراثة المجموعات

إن وراثة المجموعات (العشائر) population genetics هي أحد فروع فهم الوراثة (الذي يمكن عده فهماً رياضياً) والذي يهتم باستخدام الحسابات لفهم ما يحدث وراثياً في مجموع محدد من الكائنات الحية.

يدرس هذا القسم من الوراثة الاختلافات الوراثية في مجموع من الكائنات من نوع معين، مجموع من الأغنام مثلاً. وهوفي روحه يصف هذا المجموع وراثياً، وماذا يحدث فيه نتيجة عوامل معينة: مثل الهجرة migration أوالعزل عن مجاميع أخرى أوطرائق التربية breeding methods، أوالسلوك أوالمسقط الجغرافي والبيئة السائدة والمتغيرة، وغيرها.

وتدرس الوراثة الجزيئية أيضاً كيف من الممكن أن يؤثر التنوع الوراثي لمجموع ما في شؤونه مثل صحة الأفراد فيه، فحيوانات الفهد cheetah الإفريقية السريعة مهمة جداً في التنوع الحيواني الأفريقي. وقد أوضحت وراثة المجموعات حتى هذه الحيوانات متشابهة وراثياً إلى حد كبير؛ إذ إذا طعماً graft جلدياً من أي حيوان منها لن يُرفض من جسم أي حيوان آخر. وبسبب الانخفاض الشديد في التنوع الوراثي ضمن هذا النوع فإن الفهماء يخشون حتى سقماً ما قد يسبب القضاء على جميع أفراده ومن ثم انقراضه، إلا إذا توافرت أفراد مقاومة لهذا السقم.

إن الوصف الرياضي لوراثة مجموع ما يفيد من نواحً كثيرة، منها الطب الشرعي، كاستخدام حسابات احتمال التشابه بين البصمة الوراثية [ر] DNA fingerprint لفرد ما وأخرى من فرد آخر. ويستخدم الباحثون الطبيون وراثة المجاميع لفهم مدى انتشار طفرات معينة في محاولاتهم لتطوير أدوية وعلاجات جديدة.

الوراثة الكمية

يتأثر عدد من الصفات المهمة في الإنتاج الزراعي والوراثة الطبية وغيرها بعدد من المورثات، إضافة إلى تأثره بالعوامل البيئية. وتُسمى هذه الصفات بالصفات الكمية quantitative traits، وذلك لأن الأنماط المظهرية في مجموع ما تتباين في «كمية» الصفة بدلاً من نوعها. فالطول يختلف «كميا» من كائن إلى آخر وهومثال لهذه الصفات. أما الصفات المتبترة discrete فهي على خلاف الصفات الكمية، وإذ تختلف فيها الأنماط المظهرية من حيث «النوع»، مثال ذلك لون العيون البني لقاء اللون الأزرق.

تتأثر الصفات الكمية بكل من

ـ العوامل الوراثية: بالأشكال المتنوعة للأنماط الوراثية لمورثة أوأكثر.

ـ العوامل البيئية: بشروطها الجيدة أوالرديئة إذ تؤثر في تطور الصفة وظهورها.

في حالة بعض الصفات الكمية قد تنتج الفروق في بعض المظاهر من فروق في الأنماط الوراثية في حين تؤدي البيئة دوراً ثانوياً. وفي حالات أخرى قد تكون هذه الفروق المظهرية عائدة إلى تباينات بيئية أساساً. ولكن معظم الصفات الكمية تقع بين هاتين النهايتين، ولابد من حتى يؤخذ في الحسبان جميع من الوراثة والبيئة في أثناء عمليات التحليل.

إن معظم الصفات المهمة في تربية النبات والحيوان هي صفات كمية. ومن أهمها في الزراعة صفة الإنتاج، مثلاً كمية محصول الذرة أوالبطاطا أوالعنب من وحدة المساحة، أوكمية الحليب الناتج من البقرة وصنفه، أوعدد البيض من الدجاج، أوإنتاج اللحم من العجول وصنفه وغيرها. وعند الإنسان يمكن الإشارة إلى معدلات نموالأطفال ووزن الإنسان البالغ وضغط الدم ومستوى الكوليسترول في الدم وطول العمر أمثلة على الصفات الكمية.

ومن جهة أخرى فإن التأثيرات المتعددة للمورثة pleiotropism تشير إلى تحكم مورثة ما بعدة صفات في آن واحد، وقد يحدث للمورثة تأثير رئيس وتأثيرات ثانوية. ومن أمثلة ذلك أنيميا كريات الدم الحمراء المنجلية sickle cell anemia التي تسببها مورثة متنحية تأثيرها الأساسي في تكوين خضاب دم hemoglobin شاذ، ولها تأثيرات أخرى.

التفاعل بين الوراثة والبيئة

يتفاعل كثير من المورثات مع عوامل بيئية لإظهار صفات معينة. مثال ذلك سقم فقر الدم (الأنيميا) anemia الذي يتمثل بضعف عام ويُتسبب من نقص في عدد كريات الدم الحمراء، أومن نقص في كمية الدم. وهنالك نماذج مختلفة من هذا السقم، بعضها سببه وراثي، مثل أنيميا كريات الدم الحمراء المنجلية، وبعض آخر سببه نقص مزمن لعنصر الحديد في الغذاء ومن ثم في الجسم، أومن الإصابة بالملاريا. وهنالك أشكال أخرى سببها تآثر (تفاعل) عوامل بيئية معاً. فمثلاً: الناس المصابون بطفرة في إنزيم يدعى غلوكوز ـ6ـ فسفات ديهِدروجينيز glucose-6-phosphate dehydrogenase ـ وهوإنزيم مهم في المحافظة على سلامة الغلاف الخلوي لكريات الدم الحمراء ـ يصابون بفقر دم (أنيميا) شديد حين أكلهم الفول لأن مادة في الفول تسبب تهديم الكريات الدموية الحمراء لديهم، والاسم الشائع لهذا السقم هونقص الإنزيم G6DP. ويمكن حتى يتسبب تهدم الكريات الدموية الحمراء في بعض الناس بعمل عدد من الكيمياويات مثل النفثالين naphthalene الذي يستخدم لمكافحة العُث moth، وبعمل صادات (مضادات حيوية) antibiotics معينة وعقاقير أخرى. يصيب هذا السقم الرجال غالباً وهومنتشر في المناطق الساحلية من البحر المتوسط.

مثال آخر على تضافر شروط عدة لإظهار صفة معقدة هوسقم القلب. فمن المعروف حتى العوامل الموروثة في سقم القلب مرتبطة باستقلاب الدهون والكوليستِرول. وقد أمكن تحديد أشكال شديدة من السقم ذات منشأ وراثي، كما حتى هنالك مكونات بيئية ترتبط به مثل التدخين والغذاء الغني بالدسم المشبعة والكوليستِرول والسمنة ونقص الرياضة وغيرها.

الوراثة السيتوبلازمية

يحتوي سيتوبلازم معظم الكائنات حقيقية النواة مكونات تدعى المتقدرات (الميتوكوندريا) mitochondria وفيها تُستخلص الطاقة energy من جزيئات الغذاء وتُخزن على هيئة ثالث فسفات الأدينوزين triphosphate (ATP) adenosine لتستخدم في الخلية حين الحاجة.

تحتوي المتقدرات على جزيئات دنا خاصة بها، ويدعى دنا المتقدرات mitochondrial DNA (mtDNA)، وهذه تحتوي على عدد قليل من المورثات الخاصة باستقلاب الطاقة (إضافة إلى ما موجود منها في الصبغيات).

إضافة إلى المتقدرات تحتوي الخلايا النباتية أيضاً على مكونات تدعى صانعات خضراء (كلوروبلاست) chloroplasts، يحدث فيها الهجريب الضوئي photosynthesis. وهذه المكونات تحتوي أيضاً على جزيئات دنا تدعى دنا الكلوروبلاست chloroplast DNA (cpDNA)، وهذا الدنا يحتوي على مورثات تُرمِّز لبعض البروتينات اللازمة للهجريب الضوئي.

تتحكم المورثات الموجودة في الصبغيات بالغالبية العظمى من صفات الكائن الحي، لكن هنالك شذوذ عن ذلك يتمثل في حتى عدداً ضئيلاً من الصفات يخضع لمورثات موجودة في المتقدرات أوالكلوروبلاست في السيتوبلازم، وتدعى الوراثة آنذاك وراثة سيتوبلازمية cytoplasmic inheritance.

تبرقش أوراق نبات شب الليل البستاني (نبات الساعة الرابعة) Mirabilis jalapa هي من أقدم الصفات المدروسة للوراثة السيتوبلازمية، والنباتات المبرقشة تمتلك أغصاناً أوراقها ذات لون أخضر طبيعي، وأخرى ذات أوراق بيضاء، وثالثة ذات أوراق مبرقشة باللونين معاً.

وجد كورنز Correns (وهوالذي اكتشف هذه الحالة) حتى البذور الناتجة من أزهار على الأغصان خضراء الأوراق أنتجت جميعها نباتات خضراء الأوراق، بغض النظر عن مظهر الأوراق في الأغصان التي أُخذت حبوب الطلع منها، أي سواء كانت خضراء أم مبرقشة أم بيضاء. وأنتجت بذور الأغصان بيضاء الأوراق نسلاً أبيض الأوراق بغض النظر عن مظهر الأوراق في الأغصان التي أُخذت منها حبوب الطلع. ومات هذا النسل في فترة الإنتاش لعدم امتلاكه يخضوراً. أما البذور الناتجة على الأغصان المبرقشة الأوراق فأنتجت بنسب مختلفة نسلاً أخضر وآخر أبيض وثالثاً مبرقشاً، وذلك بغض النظر أيضاً عن مظهر أوراق الأغصان التي أُخذت منها حبوب الطلع. وهذا يشير إلى حتى مظهر النسل يماثل دوماً الأم، في حين لم يسهم الأب الذي ابتكر حبوب الطلع بأي شكل في مظهر النسل. وهذا الفرق واضح للغاية في التهجينات الآتية التي أجراها كورنز:

تُفسَّر هذه الوراثة بوجود المورثات ذات العلاقة في الكلوروبلاستيدات ضمن السيتوبلازم، وعادة تتلقى البويضات المخصبة zygotes في الكائنات حقيقية النواة معظم سيتوبلازمها من البويضة (العروس الأنثوية) وتسهم الأعراس الذكرية بنسبة قليلة جداً من السيتوبلازم. ومن ثم فإن أي مورثة في السيتوبلازم ستُظهِر وراثة أمومية maternal inheritance. ويعود تبرقش الأوراق في هذا النبات إلى احتوائها كلوروبلاستيدات خضراء طبيعية وأخرى بيضاء لا تحوي كلوروفيلاً.

لا تمتلك الكلوروبلاستيدات والمتقدرات صبغيات، ولكنها تمتلك جزيئات من الدنا هي التي تحمل المورثات، وهي لا تبدي سلوكاً منتظماً حين الانقسام الخلوي، ومن ثم فإن توزيعها في الخلايا البنات هوتوزيع عشوائي يؤدي إلى كون الوراثة السيتوبلازمية غير منتظمة وتشذ عن القوانين الوراثية المعروفة.

يمتلك جزيء دنا المتقدرات عند الإنسان نحو16500 زوج من القواعد ويحتوي على 37 مورثة ضرورية لتطبيق الوظائف الطبيعية للمتقدرات، ثلاث عشرة منها توفِّر المعلومات اللازمة لصنع إنزيمات مهمة ذات علاقة بالفسفرة التأكسدية oxidative phosphorylation، وهي العملية التي تستخدم الأكسجين والسكريات البسيطة لتكوين ثالث فسفات الأدينوزين الذي يُعد المصدر الرئيس للطاقة للخلية. أما المورثات المتبقية فهي توفِّر المعلومات اللازمة لصنع جزيئات الرنا الناقل[ر] transfer RNA والرنا الريباسي ribosomal RNA اللازمة لصنع البروتينات.

يمكن حدوث طفرات في دنا المتقدرات، وقد رُبط ذلك ببعض حالات السرطان في الثدي والقُولُون (المعي الغليظ) والكبد والمعدة والكلية، وكذلك بحالات من ابيضاض الدم (اللوكيميا) leukemia والورم اللمفي (اللمفوم) lymphoma.

كما يمكن حتى تؤدي الاختلافات الموروثة في الدنا إلى حدوث مشكلات في النمووالتطور ووظائف الجسم. وغالباً ما تتأثر الأجهزة متعددة الأعضاء بالاختلالات الحادثة في دنا المتقدرات، ويحدث ذلك بوضوح في الأعضاء والأنسجة التي تتطلب قدراً كبيراً من الطاقة، مثل القلب والدماغ والعضلات. ويضم بعض آثار الطفرات في دنا المتقدرات ضعفاً واستنزافاً عضليين، وصعوبات في الحركة، وسقم السكري، والخَرَف dementia، وفقد السمع، وفشلاً كلوياً، وسقم القلب، ومشكلات في العين والبصر.

فهم الوراثة المندلية والكلاسيكية

بدأ فهم الوراثة على يد العالم المشهور مندل بدراسة انتنطق الصفات الوراثية من الآباء للأبناء ونسب توزعها بين افراد الجيال المتنوعة . يعهد هذه الدراسات الان بفهم الوراثة الكلاسيكي . لكن التقنيات الحديثة سمحت لفهماء الوراثة حاليا باستقصاء آلية عمل الجينات وفهم التسلسل الدقيق للحموض الأمينية ضمن دنا (DNA) ورنا (RNA) المادة الوراثية ليقوموا بعد ذلك بربط هذا التسلسل بالمورثات ، وقد جاز هذا بإتمام واحد من أضخم مشاريع القرن العشرين : وهومشروع الجينوم البشري .

المعلومات الوراثية بشكل عام تكون محمولة ضمن الصبغيات chromosome الموجودة في نواة الخلايا وتحوي ضمنها الدنا الحامل الأساسي للمورثات genes .

تقوم الجينات بتشفير encode المعلومات الضرورية لاصطناع سلاسل الأحماض الأمينية amino-acid sequences التي ستدخل في هجريب البروتينات المتنوعة ، هذه البروتينات ستلعب بدورها دورا كبيرا في تحديد النمط الظاهري phenotype النهائي للمتعضية organism . عادة في الأحياء ثنائية الصيغة Diploid أحد النسخ الجينية (اليل) Allele المسيطرة يفترض أن تطغى بصفاتها على صفات الجينة المتقهقرة (الضعيفة) recessive .

الوراثة الجزيئية

الوراثة الجزيئية

تهتم الوراثة التقليدية (الكلاسيكية) بدراسة المظاهر الخارجية، في حين حتى الدراسة الدقيقة للمورثات التي تسببها تقع تحت عنوان آخر هوالوراثة الجزيئية .molecular genetics

تتضمن مجالات هذا القسم المهم آليات تشغيل الخلايا وتصنيع المكونات المحدد هجريبها في المورثات. ويُركز على التراكيب الفيزيائية والكيمياوية للدنا. إذا الرسائل المحفوظة في المورثات (الدنا) تكوِّن التعليمات التكوينية لمظاهر الكائن الحي المتنوعة وكل شيء عنه، مثلاً كيف من الممكن أن تعمل العضلات والغدد الصم والزمر الدموية وقابلية الفرد للإصابة بأمراض معينة، وغيرها.

تُظهر المورثات وظائفها عبر سلسلة من التفاعلات التي تبدأ باستنساخ رسائل الدنا إلى مكونات مؤقتة هي الرنا المرسال[ر] messenger RNA تنتقل إلى السيتوبلازم، حيث يقوم الرنا الناقل[ر] transfer RNA بنقل الأحماض الأمينية إلى سلاسل البروتينات المتكونة على الريباسات ribosomes وفقاً للتعليمات المنقولة في الرنا الناقل.

تقع دراسة تعبيرية المورثات (كيف تعمل وكيف تُوقف)، وكيف يعمل الراموز على مستوى الدنا والرنا تحت الوراثة الجزيئية. وإن بحوث مسببات السرطان والسعي إلى إيجاد علاجات لها تهتم بالنواحي الجزيئية وذلك لأن الطفرات تحدث على المستوى الكيمياوي للدنا. كما حتى بحوث الهندسة الوراثية[ر] والمعالجة الوراثية (الجينية) تعود إلى الوراثة الجزيئية.

انتشر في الوراثيات الكلاسيكية مبدأ يقول ( لكل مورثة واحدة ، بروتين واحد ) بمعنى ان جميع مورثة تحمل معلومات لبناء بروتين واحد فقط ، لكن هذه العبارة يشكك بها كثيرا هذه الأيام وتعتبر احدى الاخطاء التبسيطية التي سقط بها فهم الوراثة الكلاسيكي . من المؤكد الان أنه يمكن لنفس المورثة حتى تنتج عدة بروتينات ويتحكم بهذا الأمر كيفية ترجمة (تحويل) transcription الشفرة الوراثية وتنظيم هذه العملية المعقدة .

تقوم المورثات بتحديد مظهر الكاثنات الحية الخارجي إلى حد كبير ، وهناك احتمال يطرحه البعض لتحكمها بالسلوك البشري لكن هذه القضية ما زالت قيد نقاش عميق وتختلف وجهة النظر حسب التوجهات الفهمية للباحثين .

Features of inheritance

Discrete inheritance and Mendel's laws

التدوين الرقمي والرسوم البيانية

تفاعلات جينات متعددة

الجزيئية أساس الوراثة

الحمض النووي والكروموسومات

التكاثر

إعادة الهجريب والربط

Gene expression

الشفرة الوراثية

Nature versus nurture

Gene regulation

Genetic change

Mutations

Natural selection and evolution

Research and technology

Model organisms and genetics

Medical genetics research

Research techniques

DNA sequencing and genomics

حقول فهم الوراثة

فهم الوراثة الكلاسيكي

منطقات رئيسية: فهم الوراثة الكلاسيكي, وراثة مندلية

يتألف فهم الوراثة الكلاسيكي من نقتيات ومناهج لدراسة المورثات مقتبسة من فهم الاحياء الجزيئي ، لكن بعد اكتشاف الشفرة الجينية وأدوات الاستنساخ مثل أنزيمات الحصر restriction enzyme ، فتحت مجالات واسعة امام فهماء الأحياء وأصبح العديد من أفكار الوراثة الكلاسيكية قديمة وغير دقيقة ، لكن بعض الأفكار والتقنيات مثل قوانين مندل وانماط الوراثة تظل ادوات مفيدة لطرح مباديء فهم الوراثة ولدراسة انتشار الأمراض الوراثية .

فهم الوراثة السلوكي

يدرس تأثير المورثات المتنوعة على سلوك الحيوانات .

فهم الوراثة السريري

الأطباء المتدربين أيضا على فهم الوراثة يقومون بتشخيص الأمراض الوراثية عند السقمى بكفاءة . يتم تدريس ذلك للأطباء في مناهج إقامة أوإختصاص .

فهم الوراثة الجزيئي

تم تأسيس فهم الوراثة الجزيئي بناء على فهم الوراثة الكلاسيكي لكنه يركز أكثر على بنية وووظيفة المورثات على المستوى الجزيئي . يضم فهم الأحياء الخلوي والجزيئي الكثير من فروع فهم الأحياء التي ترتبط بدراسة العمليات الحيوية على مستوى الخلية وعلى المستوى الجزيئي ضمن الخلية وخارجها . يضم التقانة الحيوية Biotechnology ، فهم الوراثة ، فهم الأحياء التنموي Developmental Biology وأخيرا فهم الأحياء الدقيقة Microbiology . فهم الأحياء الخلوي يفهم الخلايا الحية من حيث فيزيولوجيتها وبنيتها وبنية عضياتها إضافة لدورة حياتها ، الانقسام الخلوي وأيضا موت الخلية . أما فهم الأحياء الجزيئي فيدرس العمليات الحيوية على المستوى الجزيئي مما يجعله متداخلا مع الكيمياء الحيوية وفهم الوراثة .

فهم الوراثة الجمعي ، الكمي والبيئي

منطقات رئيسية: فهم الوراثة الجمعي, فهم الوراثة الكمي, فهم الوراثة البيئي

الجينوم

حقول ذات علاقة

انظر أيضاً

• Index of genetics articles
• Outline of genetics

Notes

المصادر

• Alberts B, Johnson A, Lewis J, Raff M, Roberts K, and Walter P (2002). Molecular Biology of the Cell (4th ed.). New York: Garland Science. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
• Griffiths, William M.; Miller, Jeffrey H.; Suzuki, David T.; Lewontin, Richard C.; Gelbart, eds. (2000). An Introduction to Genetic Analysis (7th ed.). New York: W. H. Freeman. ISBN . More than one of |editor1-first= and |editor-first= specified (help)
• Hartl D, Jones E (2005). Genetics: Analysis of Genes and Genomes (6th ed.). Jones & Bartlett. ISBN .
• Lodish H, Berk A, Zipursky LS, Matsudaira P, Baltimore D, and Darnell J (2000). Molecular Cell Biology (4th ed.). New York: Scientific American Books. ISBN .CS1 maint: multiple names: authors list (link)
• [1]
• أسامة عارف العوا. "فهم الوراثة". الموسوعة العربية.

وصلات خارجية

مشاع الفهم فيه ميديا متعلقة بموضوع Genetics.

At Wikiversity, you can learn more and teach others about فهم الوراثة at the Department of فهم الوراثة

• فهم الوراثة at the Open Directory Project