فصل 07 (علوم تجربی هشتم)
صفات ارثی
به اطرافت نگاه کن — هیچ دو نفری کاملاً شبیه هم نیستند. رنگِ چشم، شکلِ گوش، چالِ گونه و تواناییِ لوله کردنِ زبان همه صفتِ ارثی‌اند.
صفتِ ارثی: ویژگیای که عاملِ ایجادش از والدین به فرزندان و از نسلی به نسلِ دیگر منتقل میشود. چرا «ارثی»؟ چون عاملِ ایجادش درونِ یاختههای بدن است و با تولیدمثل به نسلِ بعد می‌رسد.
اثرِ انگشتِ هر انسانی منحصربه‌فرد است — حتی دوقلوهای همسان با ژن‌های یکسان هم اثرِ انگشتِ یکسان ندارند. این نشان میدهد علاوه بر ژن، عواملِ محیطی هم در شکل‌گیریِ صفات نقش دارند.
دنا و ژن
عاملِ تعیین‌کنندهٔ صفات در هستهٔ یاخته قرار دارد و مادهٔ آن دنا (DNA) نام دارد.
دنا: ماده‌ای درونِ هستهٔ یاخته که اطلاعات و دستورهای لازم برای ایجادِ صفاتِ ارثیِ همهٔ جانداران را در خود دارد. شکلش مثلِ نردبانی پیچ‌خورده تصویر میشود.
ابعادِ شگفت‌انگیزِ دنا: در هر یاخته تقریباً ۲ متر دنا وجود دارد، و ضخامتِ ۲۵٬۰۰۰ رشتهٔ دنا کنارِ هم برابرِ ضخامتِ یک تارِ مو است.
ژن: بخشی از دنا که اطلاعاتِ یک صفتِ ارثیِ مشخص را دارد. دنا کلِ زنجیرهٔ اطلاعاتی است و ژن یک واحدِ مشخص از آن — درست مثلِ رابطهٔ یک فصل با کلِ کتاب.
ژنها دستورالعملِ ساختِ پروتئین را دارند و پروتئین‌ها صفت را می‌سازند:
ژن ← پروتئین ← صفت
مثال: ژنِ مربوط به رنگِ مو ← دستورِ ساختِ پروتئینِ رنگدانه ← تعیینِ رنگِ مو.
برخی بیماری‌ها مثلِ دیابت نوع ۱ از نقص در ژنها ناشی میشوند؛ پژوهشگران روی ژن‌درمانی (انتقالِ ژنِ سالم به بیمار) کار میکنند.
فامتن (کروموزوم)
دنا در یاخته آزاد رها نیست؛ در رشته‌هایی به نامِ فامتن (کروموزوم) بستهبندی میشود. فام‌تن‌ها را فقط با میکروسکوپ و فقط در یاختههای در حالِ تقسیم می‌توان دید.
| جاندار | تعدادِ فامتن |
|---|---|
| انسان | ۴۶ |
| مرغ و خروس | ۷۸ |
| پروانه | ۳۸۰ |
| برنج | ۲۴ |
از ۴۶ فام‌تنِ انسان، ۲ فامتن جنسی است که جنسیت را تعیین میکند؛ یعنی ۴۴ فام‌تنِ معمولی + ۲ فام‌تنِ جنسی.
تعدادِ فامتن به اندازه یا پیچیدگیِ جاندار بستگی ندارد — پروانه از انسان فام‌تنِ بیشتری دارد!
ژن تنها عاملِ صفات نیست
عواملِ محیطی (عواملِ بیرونِ پیکرِ جاندار) هم بر بیانِ صفات اثر میگذارند:
| جاندار | صفت | اثرِ محیط |
|---|---|---|
| گلِ هیدرانژا | رنگِ گل | در خاکِ اسیدی آبی، در خاکِ قلیایی صورتی |
| موش | اندازهٔ بدن | با ویتامین B کمتر، کوچک‌تر می‌ماند |
| خرگوش | رنگِ مو | با سرما، موهای جدید سیاه در می‌آیند |
چرا موهای خرگوش با سرما سیاه میشوند؟ چون سرما تولیدِ پروتئینِ رنگ‌دانهٔ سیاه را فعال میکند؛ ژنِ آن در خرگوش هست، ولی فقط در سرما فعال میشود.
نتیجهٔ مهم: ژن + محیط = صفتِ نهایی. مثالِ کاربردی: خطرِ سکتهٔ قلبی در برخی افراد به‌خاطرِ ژن‌هایشان بیشتر است، اما با تغذیهٔ سالم و ورزشِ مناسب میتوانند سالم زندگی کنند.
زیست‌فناوری
زیست‌فناوری: انتقالِ ژن از جانداری به جاندارِ دیگر برای ساختنِ صفتی که به‌طورِ طبیعی در آن جاندار نبوده است.
۱) باکتریِ تولیدکنندهٔ انسولین: پیش‌تر برای بیمارانِ دیابتِ نوع ۱ از انسولینِ لوزالمعدهٔ گاو استفاده می‌شد که کامل نبود. ژنِ تولیدِ انسولین از دنای انسان استخراج و واردِ دنای باکتری شد؛ حالا باکتری انسولینِ انسانی می‌سازد. این نخستین محصولِ مهمِ زیست‌فناوری است.
۲) برنجِ طلایی: در کشورهای فقیر کمبودِ ویتامین A سالانه صدها هزار کودک را در خطرِ نابینایی قرار میدهد. پژوهشگران ژنِ تولیدِ پیش‌سازِ ویتامین A (بتاکاروتن) را واردِ برنجِ معمولی کردند.
۳) گوجه‌فرنگیِ مقاوم به سرما: ژنِ مقاومت به سرما از یک ماهیِ آبِ سرد جدا و واردِ گوجه‌فرنگی شد. همان ژن در گوجه هم همان پروتئینِ ضدِ انجماد را می‌سازد — نشان میدهد ژن می‌تواند بینِ دو جاندارِ کاملاً متفاوت جابه‌جا شود.
رشتمان (میتوز) و سرطان
زندگیِ همهٔ جانوران از یک یاختهٔ تخم آغاز میشود. تقسیمِ یاخته دو هدف دارد: رشد و بازسازیِ بافت‌های آسیبدیده.
رشتمان (میتوز): تقسیمی که از یک یاخته، دو یاختهٔ کاملاً یکسان می‌سازد. قبل از تقسیم مقدارِ دنا دو برابر میشود و دنا به‌شکلِ کلافِ نخ‌مانند در می‌آید؛ در پایان هر یاخته همان ۴۶ فامتن را دارد. چون دنا از قبل کپی شده، تعدادِ فامتن تغییر نمی‌کند.
سرطان: وقتی یاخته‌ها بدونِ نیازِ بدن و بدونِ کنترل به‌سرعت تقسیم شوند و تودهٔ سرطانی بسازند. عواملِ محیطیِ سرطان‌زا: سیگار و تنباکو (سرطانِ مری و ریه)، کودهای شیمیایی (سرطان‌های گوارشی)، آلاینده‌های سوخت‌های فسیلی (سرطانِ ریه).
خطرِ سیگار فقط برای سیگاری‌ها نیست؛ کسانی که در فضای آلوده به دودِ سیگارند هم در خطرند — به این حالت دودِ دستِ دوم می‌گویند. تغذیهٔ سالم (میوه و سبزیِ کافی، کاهشِ غذاهای فرآوری‌شده) خطرِ سرطان را کم میکند.
چند نکتهٔ فراتر از کتاب
- ژنوم: مجموعهٔ تمامِ اطلاعاتِ ژنتیکیِ یک انسان. پروژهٔ ژنومِ انسانی در سالِ ۲۰۰۳ کامل شد و حدودِ ۲۰٬۰۰۰ تا ۲۵٬۰۰۰ ژن شناسایی شد.
- آیا صفاتِ اکتسابی به فرزند می‌رسند؟ نه. فقط صفاتی ارثی‌اند که در ژنِ یاختههای جنسی ثبت شده باشند؛ عضله‌سازی با ورزش در دنای اسپرم و تخمک ثبت نمیشود.
- میوز (کاستمان) تقسیمی است که یاختههای جنسی را می‌سازد و تعدادِ فامتن را نصف میکند (در انسان ۴۶ به ۲۳)؛ درست برعکسِ رشتمان که تعداد را ثابت نگه می‌دارد.
- دوقلوهای همسان از تقسیمِ یک یاختهٔ تخمِ واحد می‌آیند و دنای یکسان دارند؛ دوقلوهای ناهمسان از دو تخمک و دو اسپرمِ جداگانه‌اند و مثلِ خواهر و برادرهای عادی دنای متفاوت دارند.
اشتباهات رایج
- خیلی‌ها فکر میکنند ژن مستقیماً صفت را می‌سازد — ولی ژن فقط دستورِ ساختِ پروتئین میدهد و پروتئین صفت را می‌سازد.
- خیلی‌ها فکر میکنند جاندارِ بزرگ‌تر فام‌تنِ بیشتری دارد — ولی تعدادِ فامتن هیچ ربطی به اندازه یا پیچیدگی ندارد.
- خیلی‌ها فکر میکنند رشتمان تعدادِ فامتن را کم یا زیاد میکند — ولی هر یاختهٔ جدید دقیقاً همان تعدادِ یاختهٔ اصلی را میگیرد.
- خیلی‌ها سرطان را همیشه بیماری‌ای ارثی می‌دانند — ولی بسیاری از سرطان‌ها نتیجهٔ عواملِ محیطی‌اند؛ زمینهٔ ژنتیکی فقط احتمال را بالا می‌برد.
نمونه سؤال
سؤال: دانش‌آموزی دو گیاهِ هیدرانژای همسان (از یک قلمه، با دنای کاملاً یکسان) را در دو گلدان می‌کارد: گلدانِ اول در خاکِ اسیدی و گلدانِ دوم در خاکِ قلیایی. پس از چند هفته گل‌های گلدانِ اول آبی و گل‌های گلدانِ دوم صورتی میشوند. اگر او نتیجه بگیرد «پس این دو گیاه از نظرِ ژنتیکی با هم فرق دارند»، کجای استدلالش اشتباه است؟
پاسخ: چون هر دو گیاه از یک قلمهٔ همسان‌اند، ژن‌هایشان کاملاً یکسان است؛ پس تفاوتِ رنگِ گل هیچ ربطی به تفاوتِ ژنتیکی ندارد. علتِ واقعی، تفاوتِ عاملِ محیطی (اسیدی یا قلیایی بودنِ خاک) است. استدلالِ او اشتباه است، چون یک تفاوتِ ظاهری را مستقیماً به معنیِ تفاوتِ ژنتیکی گرفته، در حالی که همان ژن می‌تواند در دو محیطِ متفاوت، دو نتیجهٔ ظاهریِ متفاوت بسازد.