تولیدمثل و وراثت
افرادى که به کشورهاى چین یا ژاپن مسافرت مى‌کنند، در نگاه اول همه‌ی مردم را یک شکل مى‌بینند. اما، آیا واقعاً چنین است؟ ژاپنی‌هایى هم که به کشور ما مى‌آیند، همین حرف را مى‌زنند و مى‌پرسند چرا همه‌ی شما مثل همدیگرید؟ ولى براى خود ما، تشخیص تفاوت قیافه‌هاى هموطنان آسان است قطعاً خود ژاپنى‌ها هم به آسانى یکدیگر را مى‌شناسند و حتى می‌دانند افراد مربوط به کدام استان و کدام جزیره‌اند.
شباهت یا تفاوت
هر کس که به موجودات زنده گوناگون نگاه کند، اختلاف‌هایى را بین آنها خواهد یافت. زیست‌شناسان پرتجربه، در میان گیاهان و جانوران، گوناگونی‌هاى بیشترى مى‌یابند.
فعالیت
در نگاه اول، این سگ‌ها را کاملاً متفاوت می‌بینید.
۱- تفاوت‌هاى آنها در چه چیزهایى است؟
۲- چه شباهت‌هایى میان آنها وجود دارد؟
دانشمندان از شباهت‌ها و تفاوت‌ها، براى طبقه‌بندى استفاده مى‌کنند، و بر این اساس موجودات زنده‌ی مختلف را در گونه‌هاى مختلفى جاى مى‌دهند.
شباهت‌ها و تفاوت‌هاى انسان‌ها
در بین افراد آدمى نیز، مثل سایر جانداران، تفاوت‌ها و شباهت‌هایى وجود دارد. مجموعه آنچه صفات ىک فرد را مى‌سازند از والدین به او رسیده‌اند. اما صفات والدین به گونه‌اى کاملاً متفاوت در فرزندان ظاهر شده‌اند. به طورى که هر فرد با وجود شباهت‌هایى که با پدر و مادر و سایر افراد هم‌نوع خود دارد، موجودى منحصر به فرد است.
شباهت و تفاوت در گروه‌هاى خونى: وقتى کسى دچار خونریزى شدیدى شود، به او خون تزریق مى‌کنند. هر سال، جان عده زیادى با همین کار نجات داده مى‌شود. تا قرن حاضر، کار انتقال خون با اطمینان امروزى انجام نمى‌گرفت. در سال ۱۶۶۷ پزشکان اروپایى سعى کرده بودند خون جانوران را به انسان انتقال بدهند، اما این کار با موفقیت روبه‌رو نشد. حتى انتقال دادن خون از بدن یک فرد به بدن فرد دیگر هم آزمایش شد. اما در بعضى از موارد با همین کار، فرد گیرنده مى‌مُرد. دلیل مرگ آن بود که وقتى خون وارد بدن شخص گیرنده مى‌شد، گلبول‌هاى قرمز به هم مى‌چسبیدند و لخته‌ی حاصل، مسیر رگ‌ها را مى‌بست. در سال ۱۹۰۰ یک پزشک آلمانى به نام لَندشتاینر پی برد که نوعى ترکیب شیمیایى در خون افراد مختلف، متفاوت است و علت لخته شدن خون نیز همین است.
خون افراد مختلف انسان را براساس وجود یا فقدان دو نوع ماده که در روى گلبول‌هاى قرمز وجود دارند و با علامتهاى A و B نشان داده مى‌شوند، به ۴ گروه تقسیم مى‌کنند. خون کسانى که ماده‌ی A را دارند، از نوع گروه A است. آنها که ماده‌ی B را دارند، گروه خونى B دارند و افرادى که هر دو نوع ماده را دارند، گروه AB و آنها که هیچکدام را ندارند، در گروه O محسوب مى‌شوند. A و B باعث تولید موادى به نام ضد A و ضد B در خون افرادى که گروه‌هاى خونى آنان متفاوت است، مى‌شوند. ماده‌ی ضد A، سبب مى‌شود که گلبول‌هاى خونى که نوع A هستند، به هم بچسبند. ماده‌ی ضد B نیز همین اثر را روى گلبول‌هاى خون نوع B دارد. جدول ۱، خصوصیات گروه‌هاى خونى را نشان مى‌دهد.
جدول ۱ - گروه‌هاى خونى انسان و مواد مولد آنها
| گروه خونى | مادە‌ی روى گلبول‌هاى قرمز | مادە‌ی موجود در سرم |
| A B AB O | A B A+B —- | ضد B ضد A ——- ضد A و ضد B |
فعالیت
نوع گروه خونى هر فرد را می‌توان با گرفتن دو قطره از خون او و اضافه کردن سرم ضد A و ضد B به آنها، به روش زیر تعیین کرد.
۱- نوک انگشت خود را با الکل ضدعفونى کنید.
۲- سوزن تمیز و استفاده نشده‌ای را روى شعله نگهدارید تا قرمز و سپس سرد شود. از این سوزن براى سوراخ کردن پوست استفاده کنید.
۳- دو قطره خون از نوک انگشت خود بگیرید.
این دو قطره خون را به صورت جداگانه روى یک طرف یک لام تمیز بچکانید و قبل از آنکه لخته یا خشک شود، دو قطره سرم ضد A و B روى هرکدام بچکانید و با دو چوب کبریت تمیز، آنها را مخلوط کنید. در صورت لزوم، دو سه قطره محلول سرم نمکى خوراکى به هرکدام بیفزایید تا خشک نشوند. دو سه دقىقه آنها را تکان ندهید. سپس، با ذره‌بین به آنها نگاه کنید. با استفاده از جدول زیر گروه خونى خود را مشخص کنید:
| شرح | گروه خونی |
| اگر خون فقط با سرم ضد A لخته شد | A |
| اگر خون فقط با سرم ضد B لخته شد | B |
| اگر خون با هر دو نوع سرم لخته شد | AB |
| اگر خون با هیچکدام از سرم‌ها لخته نشد | O |
توجه: این روش، تقریبى است و براى منظورهاى پزشکى قابل اعتماد نیست.
– نسبت هرکدام از گروه‌هاى خونى در بین همکلاسان چقدر است؟
اثر انگشت: بیشتر از یک قرن است که در اداره‌ی پلیس کشورها، براى تشخیص مجرمان، از اثر انگشت آنان استفاده مى‌کنند و اداره‌اى به نام انگشت‌نگارى به همین منظور تأسیس شده است. علت اینکار پلیس، دو چیز است:
۱- اثر انگشت هر فرد مخصوص خود اوست.
۲- اثر انگشت در تمام عمر تغییر نمى‌کند.
در شکل مقابل، دو اثر انگشت متعلق به یک شخص را مى‌بینید که یکى ۴۶ سال بعد از دیگـرى گرفته شده است. مشاهده‌ی این تصویر نشان مى‌دهد که اثر انگشت، چیزى نیست که در طول سال‌هاى زندگى تغییر کند.
فعالیت
نوک انگشت خود را با الکل تمیز کنید.
– انگشت را روى جوهر استامپ پهلو به پهلو بغلتانید. در این صورت جوهر فقط روى برآمدگى‌هاى انگشت مالیده مى‌شود.
– انگشت را روى کاغذ سفیدى با دقت قرار دهید و باز هم پهلو به پهلو بغلتانید. مراقب باشید که زیاد روى کاغذ فشار نیاورید.
۱- اثر انگشت شما به کدام یک از تصویرهاى زیر شبیه است؟
۲- آیا اثر ۵ انگشت دست شما با همدیگر فرق دارد؟
علت وجود شباهت‌ها و تفاوت‌ها
همچنان که اثر انگشت در تمام عمر ثابت مى‌ماند، بیشتر خصوصیات و صفات هم در مدت عمر تغییر نمى‌کنند. اگر بخواهیم به علت این ثابت ماندن صفات پى ببریم، قاعدتاً باید به این پرسش پاسخ بدهیم علت به وجود آمدن شباهت‌ها یا تفاوت‌ها چیست؟
هر موجود زنده‌اى، در فرآیند تولید مثل، از جاندار شبیه خود به وجود مى‌آید. در این صورت، باید گفت صفات مختلف، یعنى شباهت‌ها و تفاوت‌هاى میان والدین و فرزندان، چیزهایى هستند که به طور ارثى و طى فرآیند تولید مثل، از یک نسل به نسل بعد منتقل مى‌شوند.
ارتباط میان یک نسل و نسل بعدى از راه سلولهاى جنسى برقرار مى‌شود. دو سلول جنسى نر و ماده باهم ترکیب مى‌شوند و سلول تخم را حاصل مى‌آورند. پس اگر قرار باشد خصوصیات و صفات ارثى از والدین به اولاد منتقل شوند، چسزى باید در سلولهاى جنسى وجود داشته باشد که این امکان را به‌وجود آورد. (شکل ۴)
شکل ۴ - سلولهاى جنسى، ارتباط میان نسل‌هارا برقرار نگه مى‌دارند
صفات ارثى، باید در حین عمل لقاح (ترکیب سلول جنسى نر با سلول جنسى ماده) از والدین به فرزند منتقل شوند، زیرا آنچه مستقیماً از والدین به فرزند مى‌رسد، فقط همان یک سلول است. اما در اصل، درست نسست بگوییم «صفات» از والدین به فرزندان انتقال مى‌یابند. مثلاً موى مجعد یا رنگ آبى چشم، چیزى نیست که در سلول جنسى وجود داشته باشد. در این صورت، باید گفت ماده‌اى از راه سلول جنسى به فرزندان منتقل مى‌شود که صفات را پدید مى‌آورد. اما این ماده چیست؟ سلولهاى جنسى هم مانند همه سلولهاى دیگر، سیتوپلاسم و هسته دارند. در سلول جنسى ماده، مقدار سیتوپلاسم زیاد است، اما مقدار سیتوپلاسم سلول جنسی نر بسیار کم است. با این ترتیب ماده وراثتى هر چه باشد، در هسته سلول جاى دارد که اندازه‌ی آن در هر دو سلول تقریباً مساوی است. ماده وراثتی به شکل کروموزوم‌ها سازماندهی شده است و در حین تقسیم از سلولی به سلول دیگر منتقل می‌شود (با ساختار کروموزوم‌ها در صفحه‌ی ۴۸ آشنا می‌شوید) در بدن بسیاری از جانداران دو نوع تقسیم میتوز و میوز رخ میدهد.
شکل ۵- الف. چندنوع سلول جنسى نر و ب. سلول جنسى ماده
تقسیم میتوز: وقتى که سلولى تقسیم مى‌شود و دو سلول یکسان به وجود مى‌آورد، یکى از مشخص‌ترین وقایع آن تقسیم هسته است. تقسیم هسته‌ی سلول به دو هسته‌ی همانند، میتوز نام دارد.
در تقسیم میتوز کروموزومهاى موجود در هسته که قبل از تقسیم دو برابر شده‌اند، به دو گروه کاملاً مشابه مجزا مى‌شوند. پس از تقسیم هسته، سیتوپلاسم نیز تقسیم مى‌شود (شکل ۶).
شکل ۶ - تقسیم سلولى میتوز. از هر سلول مادر، پس ازتقسیم سلولى میتوز، دو سلول دختر به وجود مى‌آید.
تقسیم میوز: در این تقسیم تعداد کروموزومهاى سلولهاى حاصل نصف مى‌شود. این تقسیم، اصولاً در اندام‌هاى جنسى و براى ایجاد سلولهاى جنسى که تعداد کروموزومهاى آنها نصف تعداد کروموزومهاى سلولهاى دیگر بدن است، صورت مى‌گیرد.
یعنى سلول تخم به تعداد مساوى، کروموزومهاى والدین را دریافت مى‌کند. شکل ۷ مراحل تشکیل سلول‌های جنسی با تقسیم میوز را نشان میدهد.
شکل ۷ - میوز و تشکیل سلولهاى جنسى نر و ماده. چه شباهت‌ها و چه تفاوت‌هایى میان ین دو شکل مى‌یابید؟ اندازە‌ی کروموزومهاى سلولهاى کوچک‌تر مساوى کروموزومهاى سایر سلول‌هاست. این کروموزوم‌ها درین شکل‌ها براى نشان دادن ابعاد کوچک سلول، کوچک‌تر نشان داده شده‌اند.
ساختار کروموزوم‌ها
دانستیم که ماده وراثتی در هسته سلول به شکل کروموزوم سازماندهی شده است. هر کروموزوم از دو کروماتید ساخته شده است. این دو کروماتید در محلی به نام سانترومر به هم متصل‌اند. کروموزوم‌ها از کروماتین حاصل مى‌شوند و کروماتین از DNA و پروتئین ساخته شده است (شکل ۸). در ساختار هر مولکول DNA، واحدهایى به نام نوکلئوتید وجود دارد که هرکدام از آنها از یک ترکیب فسفردار، نوعى قند و یکى از چهار نوع بازآلى که آنها را با علامتهاى A ،T ،C و G شناسایى مى‌کنند، تشکیل مى‌شود.
شکل ۸ - ساختار کروموزوم
DNA، مولکول بسیار طویلى است که دو رشته دارد. اىن دو رشته مانند دو رشتهی یک زیپ به هم متصل شده‌اند. در هر رشته، هزارها نوکلئوتید وجود دارد. ترتیب قرار گرفتن نوکلئوتیدها در ساختار DNA طورى است که همیشه A در مقابل T و C به G قرار مى‌گیرد. در ضمن، دو رشته DNA فنر مانند، حول محورى فرضى تابیده‌اند. کار دو دانشمندى که ساختار DNA را در سال ۱۹۵۳ کشف کردند، چنان پراهمیت بود که همین علت، به آنان جایزه‌ی نوبل داده شد.
وقتى این مولکول کشف شد، بایستى به دو پرسش اساسى پاسخ داده مى‌شد:
الف) آیا این مولکول مى‌تواند در طول تقسیم سلولى، مولکولى نظیر خود را بسازد؟
ب) آیا اطلاعاتى وجود دارد که توسط این مولکول منتقل شود؟
شکل ۹- هر مولکول DNA، از دو رشته تشکیل مى‌شود.
الف) همانندسازى DNA
در میان همه‌ی مولکول‌هاى زیستى موجود در زمین، DNA تنها مولکولى است که مى‌تواند شبیه خودش را بسازد.
فعالیت
شکل مقابل، طرز همانندسازى مولکول DNA را نشان مى‌دهد. آن را تفسیر کنید و به پرسش‌هاى زیر پاسخ بدهید:
۱- از کجا مى‌توان گفت که دو رشتهی حاصل کاملاً شبیه یکدیگرند؟
۲- DNA مواد لازم براى همانندسازى خود را از کجا فراهم مى‌آورد؟
ب) DNA چگونه اطلاعات را منتقل مى‌کند؟
بار دیگر به فرآیند تقسیم سلول رجوع مى‌کنیم. آنچه که در تقسیم سلول به طور مساوى به دو سلول حاصل منتقل مى‌شود، مواد داخل هسته است و چون داخل هسته کروموزوم‌ها قرار گرفته‌اند، باید گفت انتقال اطلاعات توسط کروموزوم‌ها صورت مى‌گیرد. در طول تقسیم میتوز نیز مشاهده مى‌کنیم دو سلول دختر کاملاً شبیه سلول مادر هستند، زیرا کروموزومهاى مشابهى را دریافت مى‌کنند.
از طرفى، با توجه به شکل ۸ معلوم است که ماده‌ی اصلی سازنده‌ی کروموزوم‌ها مولکول‌هاى DNAاند. پس اگر قرار باشد صفات و اطلاعات وراثتى از فردى به فرد دیگر منتقل شود، باید علت را در این مولکول‌ها جستجو کرد. از آنجا که این مولکول‌ها نوعى ترکیب شیمیایی‌اند، قاعدتاً کار خود را هم باید به طریقه شیمیایى انجام بدهند، یعنى انجام فعالیت‌هاى شیمیایى خاصى را امکانپذیر کنند.
مطالعات انجام شده، نشان مى‌دهند که انجام بیشتر واکنش‌هاى شیمیایى درون سلول‌ها، نیاز به آنزیم‌هاى ویژه‌اى دارد. از طرفى، آنزیم‌ها ساختار پروتئینى دارند. پس، گفته مى‌شود که مولکول‌هاى DNA باید دستور ساخته شدن پروتئین‌ها و نوع آنها را بدهند.
محیط و وراثت
گفتیم که وظیفه انتقال صفات ارثى بر عهده کروموزوم‌ها، یا مولکول‌هاى DNA اى است که در ساختار آنها قرار دارند. براى این عوامل بروز صفات، کلمه ژن را هم به کار مى‌برند. اما به مثال زیر توجه کنید: هسته‌ی خرما را اگر در مناطق جنوبى ایران بکاریم، درخت خرما به عمل مى‌آید، اما کاشتن همان هسته‌ها در آذربایجان بى‌نتیجه است. گیاهان دیگرى هم که نظیر این حالت را دارند، زیادند:
چاى، برنج، طالبى، انگور و پسته از آن جمله‌اند. تردیدى وجود ندارد که اگر دانه این قبیل گیاهان در موقع کاشت کاملاً هم سالم باشد، باز در محیط نامساعد، نتیجه‌اى حاصل نخواهد آمد. در این صورت، آیا مى‌توان پرسید «خصوصیات ارثى جانداران تحت تأثیر وراثت آن‌هاست یا محیط آنها؟»
شکل ۱۱ - تأثیر محیط بر رشد یک نوع گیاه. این دو گیاه از یک نوع‌اند اما در دو محیط مختلف پرورش یافته‌اند.
با اطلاعاتى که امروزه داریم، عوض کردن محیط یک جاندار، براى ما آسان‌تر است تا تغییر دادن ژن‌هاى آن. همچنان که، گاهى با تغییر دادن محیط یک جاندار (مانند تغییر در مقدار مواد خاک، اضافه کردن کود، کم و زیاد کردن مقدار آب یا تغییر در رژیم غذایى یک جانور) مى‌توان صفات تازه‌اى را در آن پدید آورد.
فعالیت
انسان امروزه در مقایسه با آدمیان قرن‌ها قبل، از رشد و سلامت بهترى برخوردار است. آیا این تغییر حاصل عوض شدن محیط است یا وراثت یا هر دو؟
اکنون، ما با این پرسش روبه‌رو هستیم که بروز صفات ارثى تحت تأثیر وراثت است، یا محیط؟ و یا هردو؟ اثر کدامیک مهم‌تر است؟
۱- به تصویرهاى زیر نگاه کنید. این دو موش، از لحاظ وراثتى کاملاً شبیه همدیگر بوده‌اند، حتى محیط زندگى و غذاى آنها نیز کاملاً شبیه بوده، فقط از غذاى یکى، ویتامین B1 را حذف کرده‌اند.
شکل ۱۲- تأثیر رژیم غذایى بر سلامت و ظاهر موش‌ها
۲- رشد قد شما تحت تأثیر هورمون ویژه‌اى است که از غده هیپوفیز واقع در زیر مغز ترشح مى‌شود. این هورمون، بر استخوان‌هاى دراز تأثیر مى‌گذارد و با تحریک استخوا‌ن‌سازى، بر طول قد مى‌افزاید. در صورت کمبود ترشح این هورمون، قد به طور غیر طبیعى کوتاه مى‌ماند. از طرفی تغذیه مناسب، ورزش، استراحت و خواب کافی در دوران رشد، نیز در تقویت اثر این هورمون بر رشد بدن مؤثر است. شما چه مثال‌‌های دیگری در ارتباط با اثر محیط بر وراثت می‌شناسید؟
شکل ۱۳ ــ بلندى بیش از حد قامت، حاصل ترشح زیاد هورمون رشد، از غده هیپوفیز است.
پرسش و تحقیق
۱- کشف ساختار مولکولى DNA تاریخچه‌اى طولانى و جالب دارد. در این باره تحقیق کنید و گزارشى از آن به کلاس ارایه دهید.
۲- چرا لازم است مولکول DNA پس از همانندسازى ثابت بماند؟
۳- به جز دوقلوهاى یکسان، DNA هر شخص اختصاصى است، یعنى مثلاً مولکولی کاملاً مشابه DNA موجود در بدن شما در بدن هیچکس دیگر وجود ندارد. چرا؟ چرا DNA دوقلوهاى یکسان شبیه به یکدیگر است؟
۴- فهرستى از صفاتى که فکر مى‌کنید از پدر و مادرتان به ارث برده‌‌اید و فهرست دیگرى نیز از صفاتى که تصور مى‌کنید تحت اثر محیط به وجود آمده‌اند تهیه کنید. کدام عوامل محیطى بیشتر بر شما اثر گذاشته‌اند؟
۵- به این شکل نگاه کنید و به پرسش‌هاى زیر پاسخ دهید:
الف) این سلول چند کروموزوم دارد؟
ب) این سلول چند جفت کروموزوم دارد؟
ج) اگر این سلول میتوز انجام دهد، سلولهاى دختر چند کروموزوم خواهند داشت؟
د) اگر این سلول میوز انجام دهد، چند سلول دختر تولید مى‌کند؟ هرکدام ازسلول‌هاى دختر چند کروموزوم خواهند داشت؟
