ژن ها و ژنتیک

چرا از گربه، بچه گربه و از گوسفند، بره متولد می‌شود؟ چگونه شباهتهای والدین به فرزندان منتقل می‌شوند؟ آیا همه‌ی بچه‌های یک جفت گربه عیناً مثل هم و مثل والدین خود هستند؟ آیا همه‌ی افراد یک نوع جاندار کاملاً شبیه به یکدیگرند؟ سرچشمه شباهت‌ها و تفاوت‌های جانداران از کجاست؟ و اصولاً مسئله وراثت چیست؟

سالیان متمادی پاسخ این گونه پرسش‌ها مبنای علمی‌ نداشت. مثلاً فکر می‌کردند که اگر در آبشخور گوسفندان خرمایی رنگ شاخه‌های درختان تبریزی، فندق و شابلوط قرار دهند، بره‌هایی که از آنها به دنیا می‌آیند دارای پشمی‌ خوشرنگ، زیبا و گرانقیمت خواهد بود یا اگر زنان باردار به جانوری زشت و بدمنظر نگاه کنند نوزادی که به دنیا می‌آوردند نیز بدقیافه و بدریخت خواهد بود.

امروزه می‌دانیم بدن همه‌ی جانداران از سلول ساخته شده است و درون هر سلول مولکول‌های مخصوصی به نام «ژن» هست. ژن‌ها، صفت مشابه و متفاوت جانداران را پدید می‌آورند. سلول‌های بدن هر جاندار و ژن‌های درون آنها از والدینش سرچشمه می‌گیرند و شباهت‌های آنها هم از این راه به او منتقل می‌شوند. اما ساختمان و کار ژن‌ها ممکن است اندکی مختلف باشند و همین اختلاف سبب تفاوت‌هایی در جانداران شود شاخه‌ای از علم زیست شناسی که به توضیح این مطالب می‌پردازد ژنتیک یا علم وراثت نامیده می‌شود.

مندل و گیاه نخود

فرزندان معمولاً به پدر و مادرشان شبیه هستند. بعضی از صفات فرزند به پدرش و بعضی از آنها به مادرش می‌مانند خواهر‌ها یا برادرها هم اغلب شبیه یکدیگرند. پدر و مادر قد بلند فرزندانی قد بلند به دنیا می‌آورند. از پدر و مادر چشم آبی فرزندانی چشم آبی متولد می‌شود. گرگور یوهان مندل راهب اتریشی در سال ۱۸۵۷ میلادی به این فکر افتاد که بهترین راه بررسی چگونگی وراثت صفات بدنی آمیزش دادن گیاهان با یکدیگر است.

مندل نژاد گیاهان نخود را که ساقه‌ی نسبتاً بلندی یعنی در حدود دو متر داشت آزمایش کرد. کلاله‌ی بسیاری از گل‌های این گیاهان را کاشت و با دانه‌های گرده‌ی خودشان گرده‌افشانی کرد و بعد دانه‌های بدست آمده را کاشت. مندل دید که بعضی از گیاهان ساقه بلند مورد آزمایش دانه‌هایی تولید می‌کردند که همیشه گیاهان ساقه بلند از آنها می‌روییدند. پس این گیاهان هم خالص بودند. اما بعضی از گیاهان نخود ساقه بلند وقتی که خود گرده‌افشانی می‌شدند، دانه‌های ناخالص به وجود می‌آورند. در حدود سه چهارم دانه‌های این گیاهان پس از روییدن گیاهان نخود ساقه بلند تولید می‌کردند که ظاهراً همان والدین خود بودند، اما از یک چهارم آن گیاهان خود ساقه کوتاه می‌رویید که نشان می‌داد همه‌ی دانه‌های گیاهان نخود ساقه بلند واقعاً خالص نیستند.

برش طولی یک گل

گیاهان ساقه بلند نخود که از این دانه‌ها روییده بودند هم اندازه بودند. پس چرا باید بعضی از آنها خالص بعضی از آنها ناخالص باشند؟

مندل آزمایش دیگری کرد که این بار دانه‌های گرده گل نخود ساقه بلند خالص را بر کلاله گل نخود ساقه کوتاه پاشید. دانه‌های گرده گل نخود ساقه کوتاه را هم بر مادگی گل نخود ساقه بلند پاشید. دانه‌هایی که در این آزمایش تولید شدند دارای دو والد بودند که یکی از آنها ساقه بلند و دیگری ساقه کوتاه بود. آیا گیاهانی که از کاشتن این دانه‌ها پدید می آیند باید بعضی دارای ساقه بلند و بعضی دارای ساقه کوتاه باشند؟ یا اینکه آنها ساقه‌ای به طول متوسط خواهند داشت؟ مندل این بار هم از نتیجه‌ای که بدست آورد تعجب کرد.

چون هیچ کدام از پیش‌بینیی های او درست نبود. نه گیاه ساقه کوتاه از دانه‌ها رویید و نه گیاهی که بلندی ساقه‌ی آن متوسط باشد. از رویش هر دانه فقط گیاه ساقه بلند به وجود آمد. با اینکه یکی از والدین آنها ساقه بلند و دیگری ساقه کوتاه بود. بلندی ساقه  که از این دانه روییده‌اند درست به بلندی ساقه گیاهانی بود که والدین آنها از گیاهان ساقه بلند بود. انگار صفت کوتاه بودن از میان رفته بود!

مندل سپس دانه‌های گرده گل‌های این گیاهان نخود ساقه بلند را بر کلاله‌ی همان گلها قرار داد. وقتی که دانه‌های تولید شده را کاشت. مشاهده کرد که تقریباً سه چهارم این دانه‌ها گیاهان ساقه بلند و یک چهارم آنها گیاهان ساقه کوتاه روییده بودند. بنابراین همه گیاهان تولید کننده این دانه‌ها ناخالص بودند.

آمیزش گیاهان ساقه بلند و ساقه کوتاه نخود

معلوم شد که صنعت کوتاه بودن ساقه به هیچ وجه از میان نرفته بود بلکه در یک نسل پنهان مانده در نسل بعدی بار دیگر آشکار شد. مندل برای توضیح دادن نتیجه‌ای که به دست آورده بود فرض کرد که هر گیاه دو عامل درونی دارد که وراثت یکی از صفات بدنی آن را کنترل می کند. یکی از این دو عامل از والد پدر (نر) و عامل دیگر از والد مادر (ماده) دریافت می کند. می توانیم عامل بلندی را T و عامل کوتاهی آن را S بنامیم.

یک گیاه ساقه کوتاه دارای دو S است. پس آن را با SS نشان می دهیم. هر سلول اسپرمی که گیاه SS تولید می کند می تواند یکی از این دو عامل را داشته باشد  پس دارای یک S خواهد بود. به همین ترتیب هر سلول تخمزای چنین گیاهی هم دارای یک S می شود. وقتی که یک سلول اسپرم گیاه ساقه کوتاه نخود با سلول تخمزای گیاه ساقه کوتاه ترکیب شود، دانه‌های حاصل از این ترکیب یک S از اسپرم و یک S از تخمزا دریافت می کند.