8.1: تجارب مندل
- Page ID
- 191347
كان يوهان جريجور مندل (1822-1884) (الشكل\(\PageIndex{1}\)) متعلمًا طوال حياته ومعلمًا وعالماً ورجل دين. عندما كان شابًا، التحق بدير القديس توماس الأوغسطيني في برنو فيما يعرف الآن بجمهورية التشيك. وبدعم من الدير، قام بتدريس مواد الفيزياء وعلم النبات والعلوم الطبيعية على المستويين الثانوي والجامعي. في عام 1856، بدأ بحثًا استمر عقدًا من الزمان وشمل أنماط الوراثة في نحل العسل والنباتات، واستقر في النهاية على نباتات البازلاء كنظام نموذجي أساسي له (نظام ذو خصائص ملائمة يستخدم لدراسة ظاهرة بيولوجية محددة لاكتساب الفهم لتطبيقه على الآخرين) الأنظمة). في عام 1865، قدم مندل نتائج تجاربه مع ما يقرب من 30000 نبتة بازلاء إلى جمعية التاريخ الطبيعي المحلية. لقد أظهر أن السمات تنتقل بأمانة من الآباء إلى الأبناء في أنماط محددة. وفي عام 1866، نشر عمله «تجارب في تهجين النباتات» (1) في أعمال جمعية التاريخ الطبيعي في برون.
لم يلاحظ المجتمع العلمي عمل مندل تقريبًا، والذي اعتقد خطأً أن عملية الميراث تنطوي على مزيج من الصفات الأبوية التي أنتجت مظهرًا جسديًا متوسطًا في النسل. يبدو أن هذه العملية الافتراضية صحيحة بسبب ما نعرفه الآن باسم الاختلاف المستمر. الاختلاف المستمر هو نطاق الاختلافات الصغيرة التي نراها بين الأفراد في خاصية مثل ارتفاع الإنسان. يبدو أن النسل هو «مزيج» من سمات والديهم عندما ننظر إلى الخصائص التي تظهر تباينًا مستمرًا. عمل مندل بدلاً من ذلك مع السمات التي تظهر تباينًا متقطعًا. الاختلاف المتقطع هو الاختلاف الذي يُرى بين الأفراد عندما يُظهر كل فرد واحدة من اثنتين - أو عدد قليل جدًا - من السمات التي يمكن تمييزها بسهولة، مثل البنفسج أو الزهور البيضاء. إن اختيار مندل لهذه الأنواع من الصفات سمح له بأن يرى بشكل تجريبي أن الصفات لم يتم مزجها في النسل كما كان متوقعًا في ذلك الوقت، ولكن تم توريثها كسمات مميزة. في عام 1868، أصبح مندل رئيسًا للدير وتبادل مساعيه العلمية بواجباته الرعوية. لم يتم الاعتراف به لمساهماته العلمية الاستثنائية خلال حياته؛ في الواقع، لم يتم إعادة اكتشاف عمله وإعادة إنتاجه وتنشيطه من قبل العلماء حتى عام 1900 على وشك اكتشاف الأساس الكروموسومي للوراثة.
صلبان مندل
تم إنجاز عمل مندل الأساسي باستخدام بازلاء الحديقة، Pisum sativum، لدراسة الميراث. تقوم هذه الأنواع بالتخصيب الذاتي بشكل طبيعي، مما يعني أن حبوب اللقاح تصطدم بالبويضات داخل نفس الزهرة. تظل بتلات الزهور مغلقة بإحكام حتى يكتمل التلقيح لمنع تلقيح النباتات الأخرى. والنتيجة هي نباتات البازلاء عالية التكاثر أو «التربية الحقيقية». هذه نباتات تنتج دائمًا نسلًا يشبه الوالد. من خلال تجربة نباتات البازلاء الحقيقية، تجنب مندل ظهور سمات غير متوقعة في النسل قد تحدث إذا لم تكن النباتات تتكاثر بشكل حقيقي. تنمو البازلاء أيضًا حتى مرحلة النضج في غضون موسم واحد، مما يعني أنه يمكن تقييم عدة أجيال خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا. أخيرًا، يمكن زراعة كميات كبيرة من البازلاء في وقت واحد، مما يسمح لمندل باستنتاج أن نتائجه لم تتحقق ببساطة عن طريق الصدفة.
أجرى مندل عمليات التهجين التي تتضمن تزاوج فردين حقيقيين يتمتعان بسمات مختلفة. في البازلاء، التي يتم تلقيحها ذاتيًا بشكل طبيعي، يتم ذلك عن طريق نقل حبوب اللقاح يدويًا من نبات البازلاء الناضج من صنف واحد إلى وصمة نبات البازلاء الناضج المنفصل من الصنف الثاني.
كانت النباتات المستخدمة في تهجين الجيل الأول تسمى P، أو نباتات الجيل الأبوي (الشكل\(\PageIndex{2}\)). قام Mendel بجمع البذور التي تنتجها نباتات P التي نتجت عن كل صليب وزرعها في الموسم التالي. كان يُطلق على هذه النسل اسم F 1، أو الجيل الأول من الأبناء (الأبناء = الابنة أو الابن). بمجرد فحص Mendel للخصائص في جيل F 1 من النباتات، سمح لها بالتخصيب الذاتي بشكل طبيعي. ثم قام بجمع البذور وزراعتها من نباتات F 1 لإنتاج الجيل F 2، أو الجيل الثاني من الأبناء. امتدت تجارب مندل إلى ما وراء جيل F 2 إلى جيل F 3، وجيل F 4، وما إلى ذلك، ولكن كانت نسبة الخصائص في أجيال P و F 1 و F 2 هي الأكثر إثارة للاهتمام وأصبحت أساسًا لـ Mendel المسلمات.
كشفت خصائص البازلاء في الحديقة عن أساسيات الوراثة
في منشوره الصادر عام 1865، نشر مندل نتائج صلبان له التي تضمنت سبع خصائص مختلفة، ولكل منها صفتان متناقضتان. تُعرَّف السمة بأنها اختلاف في المظهر الجسدي لخاصية قابلة للتوريث. تضمنت الخصائص ارتفاع النبات، وملمس البذور، ولون البذور، ولون الزهرة، وحجم حبة البازلاء، ولون حبة البازلاء، وموضع الزهرة. بالنسبة لخصائص لون الزهرة، على سبيل المثال، كانت السمتان المتناقضتان هما الأبيض مقابل البنفسجي. لفحص كل خاصية بشكل كامل، أنتج مندل أعدادًا كبيرة من نباتات F 1 و F 2 وأبلغ عن نتائج من آلاف نباتات F 2.
ما هي النتائج التي وجدها مندل في صلبان لون الزهرة؟ أولاً، أكد مندل أنه كان يستخدم نباتات ولدت بشكل صحيح للون الأبيض أو البنفسجي. وبغض النظر عن عدد الأجيال التي فحصها مندل، فإن جميع الأبناء الذين تم تهجيلهم بأنفسهم من الآباء ذوي الزهور البيضاء كانوا يحملون أزهارًا بيضاء، وجميع ذرية الآباء الذين تم تهجيلهم ذاتيًا والذين لديهم أزهار بنفسجية كانت تحتوي على أزهار بنفسجية. بالإضافة إلى ذلك، أكد مندل أنه بخلاف لون الزهرة، كانت نباتات البازلاء متطابقة ماديًا. كان هذا فحصًا مهمًا للتأكد من اختلاف نوعي نباتات البازلاء فقط فيما يتعلق بسمة واحدة، وهي لون الزهرة.
بمجرد الانتهاء من عمليات التحقق هذه، قام مندل بتطبيق حبوب اللقاح من نبات ذو أزهار بنفسجية على وصمة نبات ذو أزهار بيضاء. بعد جمع وبذر البذور الناتجة عن هذا الصليب، وجد مندل أن 100 بالمائة من جيل F 1 الهجين يحتوي على أزهار بنفسجية. كانت الحكمة التقليدية في ذلك الوقت تتوقع أن تكون الأزهار الهجينة بنفسجية شاحبة أو أن تحتوي النباتات الهجينة على أعداد متساوية من الزهور البيضاء والبنفسجية. وبعبارة أخرى، كان من المتوقع أن تمتزج السمات الأبوية المتناقضة في النسل. بدلاً من ذلك، أظهرت نتائج Mendel أن سمة الزهرة البيضاء قد اختفت تمامًا في جيل F 1.
الأهم من ذلك أن مندل لم يوقف تجربته هناك. سمح لنباتات F 1 بالتخصيب الذاتي ووجد أن 705 نباتًا في جيل F 2 تحتوي على أزهار بنفسجية و 224 نباتًا بها أزهار بيضاء. كانت هذه النسبة 3.15 زهرة بنفسجية إلى زهرة بيضاء واحدة، أو حوالي 3:1. عندما قام مندل بنقل حبوب اللقاح من نبات ذو أزهار بنفسجية إلى وصمة نبات ذو أزهار بيضاء والعكس صحيح، حصل على نفس النسبة تقريبًا بغض النظر عن الوالد - ذكرًا أو أنثى - الذي ساهم في هذه السمة. يُطلق على هذا اسم الصليب المتبادل - وهو صليب مزدوج تصبح فيه السمات الخاصة بالذكر والأنثى في صليب واحد هي السمات الخاصة بالأنثى والذكر في الصليب الآخر. بالنسبة للخصائص الست الأخرى التي فحصها Mendel، تصرفت أجيال F 1 و F 2 بنفس الطريقة التي تصرفوا بها مع لون الزهرة. ستختفي إحدى السمتين تمامًا من جيل F 1، فقط لتظهر مرة أخرى في جيل F 2 بنسبة 3:1 تقريبًا (الشكل\(\PageIndex{3}\)).
عند تجميع نتائجه لعدة آلاف من النباتات، خلص مندل إلى أنه يمكن تقسيم الخصائص إلى سمات معبرة وكامنة. ووصف هذه الصفات السائدة والمتنحية، على التوالي. الصفات السائدة هي تلك الموروثة دون تغيير في التهجين. تصبح الصفات المتنحية كامنة أو تختفي في نسل التهجين. ومع ذلك، فإن السمة المتنحية تظهر مرة أخرى في سلالة النسل الهجين. مثال على السمة السائدة هي سمة الزهرة ذات اللون البنفسجي. بالنسبة لهذه الخاصية نفسها (لون الزهرة)، تعتبر الأزهار ذات اللون الأبيض سمة متنحية. حقيقة أن السمة المتنحية عادت إلى الظهور في جيل F 2 تعني أن السمات ظلت منفصلة (ولم يتم مزجها) في نباتات جيل F 1. اقترح مندل أن السبب في ذلك هو امتلاك النباتات لنسختين من سمة لون الزهرة، وأن كل والد أرسل إحدى النسختين إلى ذريتهم، حيث اجتمعوا معًا. علاوة على ذلك، يمكن أن تعني الملاحظة المادية للسمة السائدة أن التركيب الجيني للكائن الحي يتضمن نسختين مهيمنتين من الخاصية، أو أنه يتضمن نسخة مهيمنة وأخرى متنحية. وعلى العكس من ذلك، فإن ملاحظة السمة المتنحية تعني أن الكائن الحي يفتقر إلى أي نسخ مهيمنة من هذه الخاصية.
ملخص القسم
من خلال العمل مع نباتات البازلاء في الحديقة، وجد مندل أن عمليات التهجين بين الوالدين التي تختلف في سمة واحدة تنتج ذرية F 1 التي تعبر جميعها عن سمات أحد الوالدين. يشار إلى السمات التي كانت مرئية في جيل F 1 على أنها مهيمنة، والصفات التي تختفي في جيل F 1 توصف بأنها متنحية. عندما تم تهجين نباتات F 1 في تجربة Mendel ذاتيًا، أظهر نسل F 2 السمة السائدة أو السمة المتنحية بنسبة 3:1، مما يؤكد أن السمة المتنحية قد انتقلت بأمانة من الوالد P الأصلي. ولدت التقاطعات المتبادلة نسب ذرية متطابقة لـ F 1 و F 2. من خلال فحص أحجام العينات، أظهر مندل أن السمات موروثة كأحداث مستقلة.
الحواشي
- 1 يوهان جريجور مندل، «مقارنة بفلانزينهايبرد». معرض العلوم الطبيعية في مدينة برون بولاية بنسلفانيا الرابع فور داس جار، 1865 أبهاندلونغن (1866) :3—47. [للترجمة الإنجليزية، انظر www.mendelweb.org/mendel.plain.html]
مسرد المصطلحات
- الاختلاف المستمر
- تباين في خاصية يُظهر فيها الأفراد مجموعة من السمات مع اختلافات صغيرة بينهم
- تباين متقطع
- تباين في خاصية يُظهر فيها الأفراد صفتين أو بضع سمات مع وجود اختلافات كبيرة بينهما
- مهيمن
- يصف سمة تخفي التعبير عن سمة أخرى عندما يكون كلا الإصدارين من الجين موجودين في الفرد
- إف 1
- الجيل الأبوي الأول في الصليب؛ نسل الجيل الأبوي
- إف 2
- يتم إنتاج الجيل الثاني من الأجنة عندما يتم تهجين أفراد F 1 ذاتيًا أو إخصابهم مع بعضهم البعض
- تهجين
- عملية التزاوج بين شخصين مختلفين بهدف تحقيق خاصية معينة في نسلهما
- نظام نموذجي
- نوع أو نظام بيولوجي يستخدم لدراسة ظاهرة بيولوجية معينة لاكتساب الفهم الذي سيتم تطبيقه على الأنواع الأخرى
- ص
- جيل الوالدين في الصليب
- الصفة الوراثية النادرة
- يصف سمة يتم إخفاء تعبيرها بسمة أخرى عندما تكون الأليلات لكلتا السمتين موجودة في الفرد
- الصليب المتبادل
- صليب مزدوج تصبح فيه السمات الخاصة بالذكر والأنثى في صليب واحد هي السمات الخاصة بالأنثى والذكور في الصليب الآخر
- سمة
- اختلاف في خاصية موروثة