آیا می دانید وراثت چیست؟ چگونه ویژگی های والدین به بچه به ارث می رسد؟ چه شباهت هایی بین پدر و مادر وجود دارد؟ آیا می دانید ژن چیست؟ DNA چیست؟ نقش DNA در تعیین شباهت بچه به والدین چیست؟ در این مقاله به بحث در مورد DNA و ژن می پردازیم و طریقه تعیین خصوصیات ظاهری بچه و نقش والدین در تعیین این شباهت ها بحث می شود.
شباهت بچه به والدین از طریق ژن های ارث رسیده به بچه تعیین می شود. بعضی از خصیصه های فردی بچه توسط یک ژن منتقل می شوند و بعضی توسط ارث بردن چند ژن. بعضی از ویژگی های بچه از پدر به ارث می رسد و بعضی از خصیصه ها از مادر به بچه ارث می رسد. شباهت بچه به والدین توسط ژن ها و DNA کروموزوم پدر و مادر تعیین می شود.
در این مقاله می خوانیم:
- DNA چیست؟
- ژنوم انسان چیست؟
- DNA موجب منحصر به فرد شدن هر انسان میشود
- DNA ظاهر ما را تعیین می کند
- کروموزوم و سلول های اسپرم یا تخمک
- DNA انسان چیست؟
- طریقه تعیین خصوصیات فردی بچه
DNA چیست؟
وقتی نمونه ای برای آزمایش می دهیم و DNA آن جداسازی می شود، یک ملکول دو رشته ای در لوله آزمایش می ماند که DNA نام دارد و دانشمندان و محققان آن را تست می کنند. اما نمی توان فقط با نگاه کردن به DNA بگوییم که به چه کسی تعلق دارد. زیرا DNA تمامی جانداران روی زمین مشابه است و از دو رشته به هم پیچیده تشکیل شده است.
تمامی موجودات زنده DNA دارند. در تمامی جانداران، از انسان گرفته تا گیاهان و حیوانات، DNA ملکولی است که از دو رشته اسید آمینه با ترکیب و توالی متفاوت ساخته شده است. DNA حاوی کدی است که از حروف الفبا تشکیل شده و سر حرف اسیدهای آمینه تشکیل دهنده آن است و این کد است که DNA جانداران را متمایز می سازد.
ژنوم انسان چیست؟
طریقه چیده شدن بلوک های ساختمانی یک رشته DNA را یک توالی می نامند. می توان توالی رشته DNA را همانند حروف کتاب خواند. در حقیقت ما توالی ژنوم انسان را می دانیم که از 3 میلیارد حرف تشکیل شده است. اطلاعات ژنوم انسان برای پر کردن یک کتاب 1000200 صفحه ای کافی است.
این سه میلیارد حرف ژنوم انسان در 21000 ژن جمع شده است. بیشتر دانش امروزی ما در مورد کد ژن های پروتئین است اما مقداری از این کد برای ملکول های DNA است.
DNA موجب منحصر به فرد شدن هر انسان میشود
در تمامی انسان ها ژن ها به یک شیوه و به یک ردیف چیده شده اند. بیشتر از 99.9 درصد از توالی DNA ما یکسان و مشابه است. اما تفاوت اندکی بین انسان ها وجود دارد (حدود 1.4 میلیون از توالی های انسان ها با هم فرق دارد) و این تفاوت اندک کافی است که انسان ها با هم فرق داشته و منحصر به فرد باشند. بطور متوسط ژن های انسان بین 3-1 پایه متفاوت از اشخاص دیگر دارد و همین موجب تفاوت انسان ها می شود. این تفاوت ها می تواند موجب تغییر شکل و عملکرد پروتئین ها شود و یا طریقه ساخته شدن پروتئین ها را تغییر می دهد، مقدار ساخت پروتئین را تغییر می دهد، زمان ساخت پروتئین ها را تغییر می دهد یا مکان ساخت پروتئین ها را تغییر می دهد.
DNA ظاهر ما را تعیین می کند
DNA حاوی تمامی اطلاعات مورد نیاز برای ساختن بدن انسان است. آیا می دانید DNA مواردی چون رنگ چشم، رنگ مو، قد، رنگ پوست و حتی سایز بینی را تعیین می کند؟ DNA سلول ها مسئول این خصیصه های جسمی ظاهری و ویژگی های بدنی زیادی است.
دانشمندان ثابت کرده اند که DNA بدن هر فرد مستقیما از پدر و مادرش به وی ارث می رسد. اگر DNA از والدین به بچه منتقل می شود و ظاهر هر کس را DNA تعیین می کند، چرا ما دقیقا شبیه والدین خود نیستیم؟
دلیلش این است که DNA ما مخلوطی از DNA پدر و مادر است. نیمی از DNA مورد استفاده برای ساخت بدن بچه از مادرش می آید و نیم دیگر از پدرش. بعضی از خصیصه های بچه ممکن است شبیه پدر یا مادرش نباشد که در ادامه بحث می شود.
کروموزوم و سلول های اسپرم یا تخمک انسان
انسان دارای 46 جفت کروموزوم با حدود 23000 ژن است. 46 کروموزوم سلول انسان از 22 جفت کروموزوم غیرجنسی تشکیل شده است. این کروموزوم ها براساس سایز آنها از 1 تا 22 نامگذاری می شود و کروموزوم 1 بزرگترین کروموزوم است. این کروموزوم های عدد گذاری شده را اتوزوم می نامند.
سلول های بدن زن حاوی یک جفت کروموزوم جنسی است که کروموزوم های X نامیده می شود که با 44 کروموزوم غیرجنسی در مجموع 46 جفت کروموزم بدن زن را می سازند. سلول های بدن مرد دارای یک جفت کروموزوم جنسی X و Y است که با 44 کروموزوم اتوزوم آن در مجموع 46 جفت کروموزوم بدن مرد را تشکیل می دهند.
هر 23000 ژن کروموزوم ها به صورت جفتی هستند. یک ژن از این جفت از یکی از والدین طبیعی به ارث می رسد. اسپرم و تخمک حاوی یک نسخه از هر ژن هستند (یک مجموعه 23 کروموزومی از هر یک از والدین). وقتی اسپرم تخمک زن را باردار می کند، دو نسخه از هر ژن وجود دارد (46 کروموزوم) و بدین ترتیب یک موجود و یک زندگی جدید ایجاد می شود.
کروموزوم هایی که جنسیت بچه را تعیین می کنند کروموزوم های جنسی نامیده می شوند. تخمک مادر همیشه یک X به رویان تازه لقاح یافته می دهد، اما اسپرم پدر ممکن است یک X یا یک Y به رویان بدهد. بدین ترتیب اگر دو XX داده شود نوزاد دختر و اگر X مادر و Y پدر داده شود، نوزاد پسر خواهد شد.
علاوه بر تعیین جنس نوزاد، این کروموزوم ها حامل ژن هایی است که خصیصه ها و عملکرد بدن نوزاد را تعیین می کنند. ژن های خیلی زیادی روی کروموزوم X قرار دارد اما تعداد اندکی از ژن ها روی کروموزوم Y است.
DNA انسان چیست؟
DNA انسان در 23 جفت بسته به بچه منتثل می شود که آنرا کروموزوم می نامند. این کروموزوم ها دسته های بزرگتری از DNA هایی است که محکم به هم بسته شده اند. هر یک از والدین 23 کروموزوم به بچه می دهند، که بعد از لقاح به هم وصل شده و بسته کامل 23 کروموزومی بچه را ایجاد می کند.
در این 23 جفت کروموزوم، بخش های خاصی وجود دارد که خصیصه های ظاهری مختلف را تعیین می کنند. این بخش ها را DNA می نامند که حاوی اطلاعات مربوط به تعیین ویژگی های ظاهری بچه است و ژن نامیده می شوند. از آنجایی که ما دو جفت از کروموزوم ها داریم، بنابراین از ژن ها هم دو جفت داریم، یکی از طرف پدر و یکی از طرف مادر. این جفت ژن ها است که تعیین می کند ویژگی یا خصیصه های فیزیکی و ظاهری ما چگونه باشند.
ژن های موجود در بدن با هم ژنوتیپ انسان را تشکیل می دهند. این ژنوتیپ ظاهر فیزیکی هر شخص را تعیین می کنند که به آن فنوتیپ شخص نامیده می شود.
طریقه تعیین خصوصیات فردی بچه
در اینجا یک بازی معرفی می کنیم که طریقه تعیین خصوصیات فردی بچه آموزش داده می شود. در این بازی شما دو مجموعه کروموزوم خواهید داشت. یکی مجموعه را کروموزوم های مذکر و یک مجموعه را کروموزوم های مونث می نامیم. وقتی این کروموزوم ها را روی زمین یا داخل یک ظرف می ریزیم، بطور تصادفی با هم مخلوط می شوند و ژنوتیپ ما را نشان می دهند. از این ژنوتیپ می توانید جزئیات دستورالعمل رسم چهره انسان را بدست آورید.
قبل از اینکه بازی را شروع کنیم، بایستی مواردی در مورد طریقه تعیین ظاهر بچه توسط ژن ها بدانید. ژن ها به دو شکل مختلف یا آلل وجود دارند. یک ژن می تواند غالب و یا مغلوب باشد. در این بازی ژن های غالب اندسته هستند که با حروف بزرگ انگلیسی نوشته شده اند و ژن های مغلوب به حروف کوچک انگلیسی نوشته شده اند.
از آنجایی که ما یک ژن را از مادر و یک ژن را از پدر خود برای هر خصیصه دریافت می کنیم، بنابراین هر جفت ژن تعیین کننده هر خصیصه دارای یک ژن غالب و یک ژن مغلوب است. وقتی هر دو ژن یکسان باشند (یعنی هر دو غالب یا هر دو مغلوب باشند)، به آن خصیصه هموزیگوت اطلاق می شود. اگر یکی از ژن ها غالب و دیگری مغلوب باشد، به آن خصیصه هتروزیگوت اطلاق می شود.
قبل از شروع بازی، خواهید دید وقتی شکل غالب یک ژن دریافت می شود، چه هموزیگوت و چه هتروزیگوت، به آن بیان فرم غالب ژن اطلاق می شود. بدن فقط زمانی فرم مغلوب ژن را بیان می کند که هم از پدر و هم از مادر ژن مغلوب دریافت کرده باشد، بنابراین هموزیگوت از نوع مغلوب می شود.
این بازی و اطلاعات حاصل از آن به ما می آموزد که چگونه ظاهر ما توسط DNA تعیین می شود. اگر از ابتدا اندکی سردرگم کننده است، نگران نباشید و ادامه دهید، بسیاری از مفاهیم بالا را در این بازی درک خواهید کرد. با این بازی معنی اصطلاحات و اطلاعات مبهم بالا بخوبی روشن می شود.
اهداف بازی
- ایجاد ژنوتیپ یک فرد از طریق جفت کردن کروموزوم های دریافتی نر و ماده
- ایجاد پروفایل (طرح یا نقشه) صورت شخص (همان فنوتیپ شخص) از طریق ژنوتیپ ایجاد شده
- یادگیری بعضی از اصطلاحات و مفاهیم مرتبط با وراثت و ژنتیک
- تعیین 23 کروموزوم مذکر (ارائه شده در پایان این بازی برای دانلود)
- تعیین 23 کروموزوم ماده (ارائه شده در پایان بازی برای دانلود)
- چارت تبدیل ژنوتیپ به فنوتیپ شخص (ارائه شده در فایل دانلود)
مواد مورد نیاز
- قیچی
- چسب
- کاغذ سفید
- مداد و پاک کن
- مداد رنگی، مارکر یا کرایون
از آنجایی که این بازی مستلزم کار با قیچی تیز برای بریدن کروموزوم ها است، بهتر است با احتیاط و در حضور یک فرد بزرگسال انجام شود.
آماده سازی
تمامی 23 کروموزوم مذکر و تمامی 23 کروموزوم مونث را ببرید و آماده کنید. هر کروموزوم بریده شده بایستی دارای دو حرف یکسان (یکی حرف بزرگ و یکی کوچک) باشد و در پایین آن دو عدد یکسان باشد. از خط وسط دو عدد مشابه نبرید. هنگام استفاده از قیچی مواظب دست خود باشید.
طبق برش های تصویر، بعد از بریدن کروموزوم ها، آنها از از وسط حروف و اعداد تا بزنید، بطوری که از هر سمت تکه بریده شده یک عدد و یک حرف قابل دید باشد، زمانیکه کاغذ را تا می زنید. می توانید وسط تکه کاغذهای برش داده شده یک قطعه چسب بزنید که از هم باز نشود.
حال کل 23 کروموزوم مذکر و 23 کروموزوم مونث را داخل یک جعبه یا ظرف ریخته و تکان دهید تا بخوبی مخلوط شود. حال کروموزوم ها را روی سرتان ریخته یا از بالا روی زمین بریزید.
بدون اینکه تکه های کاغذ نمایانگر هر کروموزوم را برگردانید، کروموزوم هایی که دارای عدد مشابه هستند کنار هم بچینید. شما از هر کروموزوم مذکر (پدر) و مونث (مادر) یکی خواهید داشت که از عدد 1 تا 23 می باشد؛ بنابراین 23 جفت کروموزوم خواهید داشت. اعداد روی هر یک از کروموزوم ها ژنوتیپ شما خواهد بود. این حروف هر کدام نماینده یک ژن است. بخاطر داشته باشید که حروف بزرگ نمایانگر ژن های غالب و حروف کوچک نمایانگر ژن های مغلوب است.
قبل از پیدا کردن ویژگی های ظاهری، به جفت کروموزوم دارای عدد 23 نگاه کنید. کروموزوم شماره 23 جنسیت فرد را تعیین می کند. با استفاده از چارت تبدیل ژنوتیپ، مشخص کنید که آیا بچه شما پسر (مذکر) خواهد بود یا دختر (مونث). طبق این چارت، اگر هر دو حرفی که روی تکه کاغذ قرار گرفته X و X باشد بچه دختر خواهد شد. اگر هر دو حرف روی تکه کاغذ کروموزوم 23 حروف X و Y باشد، بچه پسر خواهد شد.
حالا به کروموزوم 1 نگاه کنید و به جدول تبدیل ژنوتیپ برگردید. همانطور که چارت نشان می دهد، کروموزوم 1 شکل سر بچه را تعیین می کند. دو حرف روی کروموزوم 1 نمایانگر زنوتیپ است. اگر دو حرف روی این کروموزوم ها S و S یا S و s باشد، شکل سر بیضی شکل خواهد شد. اگر هر دو حرف s و S باشد، شکل سر گرد خواهد شد.
حال با مدادی که دارید روی کاغذ شکل سر تعیین شده با ژنوتیپ را بکشید. بعد به کروموزوم شماره 2 بروید.
با استفاده از چارت تبدیل مشخص کنید که کروموزوم شماره 2 شکل گونه را مشخص خواهد کرد. حال گونه را رسم کنید. این روند را تا آخر و تا رسیدن به کروموزوم 23 تکرار کنید. بدین ترتیب فنوتیپ بچه را روی کاغذ رسم کرده اید.
وقتی به کروموزوم 12 می رسید متوجه می شوید که رنگ چشم توسط بیش از یک کروموزوم تعیین می شود. لازم است که به کروموزوم های 12، 13، 14 و 15 نگاه کنید تا رنگ چشم را تعیین کنید. تعداد اعداد دارای حرف E بزرگ و e کوچک را بشمارید و آن را با چارت تبدیل ژنوتیپ به فنوتیپ مقایسه کنید. مثلا اگر 8 حرف E از کروموزوم 12 تا 15 دارید، فرد دارای چشمانی به رنگ تیره خواهد بود.
خواهید دید که رنگ مو نیز توسط بیشتر از یک ژن از چند کروموزوم تعیین میشود، همانطور که رنگ پوست نیز چنین است. حال ترسیم صورت فرد را با استفاده از چارت تبدیل ژنوتیپ به فنوتیپ تکمیل کنید. با این کار شما خصیصه های یک فرد که توسط DNA وی تعیین می شود را مشخص کرده اید، که همان فنوتیپ هر فرد می باشد.
می توانید این کار را تکرار کنید و فنوتیپ چندین بچه را مشخص کنید. می توانید ترکیب های مختلف ژن ها (ژنوتیپ) را ببینید که ظاهر (فنوتیپ) متفاوتی را می دهد. حال به اصطلاح چند ژنی یا پلی ژنیک بودن یک خصیصه پی برده اید.
خلاصه بحث
بعد از انجام این بازی بایستی بدانید که چگونه DNA ظاهر انسان را تعیین می کند. بخاطر داشته باشید که DNA بطور متراکم در کروموزوم ها قرار دارد. ما 23 جفت کروموزوم داریم که 23 تا از مادر و 23 تا از پدر به ارث می بریم. در این کروموزوم ها واحدهایی وجود دارد که ژن نامیده می شود و ویژگی یا خصیصه های خاصی را کنترل می کنند. این ژن ها هم شکل غالب و هم شکل مغلوب دارند. اگر از هر ژن یک شکل غالب و یک شکل مغلوب به ارث ببریم آن را هتروزیگوت می نامند. همیشه شکل غالب ژن بیان می شود و شکل مغلوب ژن زمانی بیان می شود که هر دو ژن دریافتی مغلوب باشد. اینها قواعد عمومی وراثت خصیصه ها از والدین است. هرچند این قواعد دارای استثناهای زیادی است که امروزه در حال پژوهش و بررسی است.
همانطور که در این بازی متوجه شدیم، هر کروموزوم بیش از یک ژن را حمل می کند. هزاران ژن توسط 23 جفت کروموزوم انسان حمل می شود. در این بازی به ازای هر کروموزوم یک ژن در نظر گرفته شده است تا بازی ساده باشد. بخاطر داشته باشید که ژنوتیپ هر دو والد همگی هتروزیگوت هستند. در زندگی واقعی، والدین دارای بعضی خصیصه های هتروزیگوت و بعضی خصیصه های هموزیگوت هستند، همانطور که فرزند آنها چنین است.
در نهایت اصطلاح پلی ژنیک به معنی درگیر بودن بیشتر از یک ژن در یک ویژگی ظاهری است (مثل رنگ موی هر فرد و رنگ چشمان وی که در این بازی دیدیم یا رنگ پوست انسان که یک خصیصه پلی ژنیک است). بیان میانه به معنی ترکیب شدن خصیصه ها در وضعیت هتروزیگوت است (مثل شیوع کک و مک در این بازی). غالب مشترک به معنی این است که هر دوی ژن های غالب و مغلوب به صورت جداگانه بیان شوند که در این فعالیت وجود نداشت اما گروه خون انسان چنین است. پلیوتروپی بدین معنی است که یک ژن منفرد مسئول چندین خصیصه باشد.
نکته: در علم ژنتیک و مباحث علمی بجای ساختن یا تولید ژن از اصطلاح بیان ژن استفاده می شود. دانشمندان بجای تولید ژن توسط سلول از عبارت بیان ژن توسط سلول استفاده می کنند.
برای دانلود فایل حاوی روش انجام بازی، چارت تبدیل ژنوتیپ به فنوتیپ و الگوهای آماده کروموزوم های مذکر و مونث، روی دکمه زیر کلیک کنید و فایل pdf مربوطه را دانلود کنید.
منابع
- Better Health Channel, Genes and genetics explained, Department of Health & Human Services, State Government of Victoria, Australia, 2012. [accessed 15th Jan 2019]
- Genetic Science Learning Center. “What are DNA and Genes?.” Learn Genetics. March 1, 2016. [accessed 15th Jan 2019].
- Macy J. Genetic inheritance follows rules. DNAFTB website, 2016. [accessed 15th Jan 2019].
- Woodrow Wilson Foundation, Make Face, The Woodrow Wilson Foundation website, 2018. [accessed 15th Jan 2019].
