هر ژن از یک ژن
خط تفکری که تاکنون در مورد پیوستگی ژنتیکی ارائه شد، در تولید اشکال حیات دائماً دقیق تر شده است. زیست زایی تولیدمثل نام می گیرد؛ تولیدمثل در سطح سلولی توصیف می شود؛ تقسیم سلولی میتوز نام می گیرد؛ کروموزوم ها تقسیم طولی می یابند و یا دقیق تر همتاسازی می کنند چرا که هر کروموزوم جدید نیم کروموزوم نیست بلکه کروموزوم کامل است؛ و در نهایت عناصر سازنده کروموزوم ها، که کروماتیدهای قابل مشاهده و یا ژن های غیرقابل مشاهده باشد می توانند همتای خویش را بسازند. طی دوره ای طولانی بین سال های 1883 تا 1953، یعنی مدت هفتاد سال، پیشرفت چندانی در گسترش این مفهوم حاصل نشد. پیشرفت دانش ژنتیک به درستی روشن ساخت که می توان گفت: «هر ژن از یک ژن به وجود می آید».
اما این قیاس بر پایه شواهدی بود که نشان می داد پیوستگی ژنتیکی با تقسیم سلول ها و یا وقتی سلول های جنسی تشکیل و یا لقاح فرد جدیدی را می سازند، گسسته نمی شود. با این سطح دانش می شد گفت که یک ژن بر روی کروموزومی خاصی جای دارد ولی هنوز کسی نمی دانست که سرشت ژن چیست. ژن و همتاسازی آن مفاهیمی کاملاً انتزاعی بودند.

هر مولکولDNA از یک مولکولDNA
در دهه پس از سال 1944، وقتی معلوم شد که ماده فیزیکی وراثت بر خلاف تصور عمومی اولیه نه پروتئین بلکه داکسی ریبونوکلئیک اسید (DNA) است همه چیز یکسره تغییر کرد. وقتی ج.د.واتسون و اف.اچ.سی کریک در سال 1953، بر پایه شواهد شیمیایی و داده های مبتنی بر پراش پرتو X اعلام کردند که مولکولDNA یک مارپیچ دوگانه است مسئله همتاسازی دوباره جان گرفت. دو رشته DNA ستون فقره قند ـ فسفات ـ قند ـ فسفات دارند که از آنها بازهای پورین و پیریمیدن به سمت داخل و محور ماریپچ امتداد می یابند و با پیوند هیدروژنی بی بازهای آدنین دیستمین و گوانین و سیتوزین دو رشته با هم جفت می شوند. در اینجا معلوم شد که مسئله اصلی پیوستگی ژنتیکی سرشت مکانیسمی است که توسط آن DNA همتاسازی می کند.
به چند جنبه از مدل DNA و همتاسازی آن باید تأکید کرد. نخست اینکه دو رشته مارپیچ DNA مکمل هم هستند. آنها یکسان نیستند. بخشی از یک رشته که توالی ـ CATCATCAT ـ دارد در رشته مقابل توالی مکمل ـ GTAGTAGTA ـ را خواهد داشت و از هر جهتی که آن را بخواهیم از توالی رشته اول کاملاً متفاوت خواهد بود. تعادل میزان آدنین در برابر تیمینی و گوانین در برابر سیتوزین در تمام مولکول های DNA، صرف نظر از نسبت AT GC: AT، ویژگی DNA دو رشته ای و نه تک رشته ای است. به همین ترتیب برابر بازهای پورین در برابر بازهای پیریمیدن از خواص DNA دورشته ای و نه تک رشته ای است. خود همتاسازی فرآیندی نیست که بتواند در یک مرحله با DNA تک رشته ای انجام شود. DNA تک رشته ای قالبی برای رشته مکمل می سازد و جهت آن در طول مولکول معکوس است چون پیوندهای 5-3 فسفات در دو رشته معکوس هم قرار می گیرند. به عبارت درست تر همتاسازی تنها توسط مارپیچ دورشته ای DNA انجام می شود که به دنبال جدا شدن رشته ها و تشکیل دو رشته مکمل در برابر آنها دو مارپیچ دوگانه به وجود می آیند.
واتسن و کریک بر پایه شواهدی معین این امکان را که دو پنجره پلی نوکلئوتیدی مولکولDNA به شکل پارانمیک، یعنی به نحوی که به آسانی می توانند به درون و بیرون یکدیگر بلغزند، پیچ خورده اند رد کردند. در عوض آنها به طور پلکتونیک، یعنی مانند رشته های در هم تابیده یک طناب پیچ خورده اند، و از این رو برای جدا شدن آنها در واقع ابتدا باید از تابیدگی درآیند. چون آنها در حال در هم تابیده مارپیچ، که با پیوندهای هیدروژنی تک تک بازها یا مکمل خویش به هم پیوسته اند، نمی توانند همانندسازی کنند باید پیش از همانندسازی از تاب خوردگی درآیند و دو رشته از هم جدا شوند. به عنوان مهمترین بخش نظریه شان در باب ساختار DNA واتسن و کریک فرض کردند که قبل از همانندسازی دو رشته از هم باز می شوند تا بتوانند بازهای آزاد موجود در سلول در طول همانندسازی استفاده کنند. این نوکلئوتیدها پس از جفت شدن با بازهای مکمل توسط پیوندهای فسفات استر به یکدیگر وصل می شوند تا رشته جدیدی بسازند که در هم تابیدن آن با رشته اصلی دوباره یک مارپیچ دوگانه را به وجود می آورد. پس هر یک از رشته های جدا شده از مارپیچ دوگانه اصلی به عنوان قالب عمل کرده و دو مارپیچ دوگانه جدید تولید می شوند.
رفته رفته شواهدی یافتند که درسیتی این فرضیه را تقویت می کرد. یکی از شواهد اولیه مهم این کشف آرتور کورنبرگ (1956) بود که برای سنتز آزمایشگاهی DNA باید ذخیره ای از نوکلئوتیدتری فسفات ها در محیط وجود داشته باشد که پیوندهای فسفاته پر انرژی موجود در آنها امکان تشکیل پیوندهای استری فسفات ها را در طول زنجیره فراهم سازد. محاسبات سیروس لیونتال و اچ.آروکرین و دیگران نشان داد که انرژی لازم برای در هم تابیدن مولکول بسیار درازDNA به نحوی که از هم باز نشود خیلی زیاد نیست و فقط بخش کوچکی از انرژی در دسترس نوکلئوتیدهای تری فسفات سلول است، در حالی که زمان لازم برای این کار کوتاه است، مدلی پیشنهاد شد که مارپیچ دوگانه از یک انتها به شکل پیشرونده ای از هم باز می شود و در همان حال که باقی مولکول همچنان دست نخورده مانده است، همانندسازی رشته های از هم جدا شده شروع می شود. پل دوتی و ج.مارمور مستقل از هم دریافتند که قرار دادن DNA در معرض دمای بخرانی بالا موجب تفکیک رشته های مارپیچ دوگانه می شود و اینکه اگر این عمل با سرد کردن تدریجی دنبال شود دو رشته دوباره به هم می پیوندند. بدین ترتیب معلوم شد که هنگام سردکردن مخلوطی از آنها می توان از انواع معینی از DNA دو رگه را به وجود آورد.
آزمایش مشهور ام.مزلسون و اف.دبلیو.استال در سال 1958 شواهد بسیار متقاعدکننده ای مبتنی بر درستی فرضیه واتسن ـ کریک فراهم آورد. ابتدا باکتری اشریشیا کلی در محیط حاوی نیتروژن سنگین(15N) کشت و رشد داده شد تا تمام DNA توسط این ایزوتوپ نشان داده شود. سپس سلول ها برای دوره های زمانی معادل یک نسل سلولی و دو نسل دو سلولی به محیط کشت حاوی نیتروژن معمول انتقال داده شوند. از نمونه سلول های اصلی کشت شده در محیط 15DNA N استخراج شده، در شیب غلظت سزیم کلراید، که مولکول ها را بر اساس وزن از هم جدا می سازد. در معرض اولتراسانتریفوگاسیون قرار داد. DNA در محلی اختصاصی یک باند منفرد تشکیل داد. DNA استخراج شده از نمونه کشت شده برای یک بار تقسیم سلولی باند منفردی در محل متفاوت تشکیل داد و DNA نمونه کشت شده برای دو بار تقسیم سلولی دو باند به وجود آورد یکی در همان محل مربوط به DNA پس از اولین همانندسازی و دیگری باندی جدید که بین دو باند اولیه قرار می گرفت. تفسیر این مشاهده آسان به نظر می رسد. همانندسازی مولکول های DNA نشان دار شده با 15N در محیط کشت معمول حاوی 14N موجب تشکیل مولکول های DNA جدید دو رگه، در نتیجه تنها یک باند به وجود می آید که باید و همین طور هم هست ـ درست بین محل های مربوط به DNA خالص نشان دار شده با 15N و DNA خالص نشان دار شده با 14N قرار می گیرد. پس از تقسیم دوم جداسازی مارپیچ های دوگانه در هر مورد موجب تشکیل یک رشته قالب سنگین (15N) و یک رشته قالب سبک (14N) می شود. از این رو پس از همانندسازی مارپیچ هایی تشکیل می شود که نیمی از آنها حاوی یک رشته سنگین و یک رشته سبک و نیم دیگر حاوی دو رشته معمولی سبک خواهند بود. مولکول های دسته اخیر باندی تشکیل می دهد که اختصاصی مولکول هایی است که در محیط حاوی نیتروژن معمولی همانندسازی کرده اند.
این آزمایش نه تنها به خوبی فرضیه همانندسازی واتسن ـ کریک را تأیید می کند، بلکه نشان می دهد که فرآیند «نیمه حفاظتی» است و می توان آن را چنین تعریف کرد: همین که همتاسازی در محیط معمولی انجام می گیرد و همیشه برخی مارپیچ های دوگانه حاوی یک رشته سنگین و یک رشته سبک وجود خواهند داشت ولی نسبت آن از یک درصد در نسل اول سلول های حاصل از تقسیم در نسل بعدی به نصف و نسل پس از آن به یک چهارم و به همین ترتیب کمتر و کمتر خواهد شد. اگر چنین باشد، رشته اولیه ای که به عنوان قالب عمل می کند دست نخورده می ماند. با این حال از مطالعات هربرت تایلور می دانیم که کروموزوم اولیه همیشه دست نخورده نمی ماند و در واقع ممکن است در یک یا چند محل با کروماتید خواهری جدید قطعاتی DNA را مبادله کند. پس در اینجا یک تفاوت آشکار دیده می شود؛ اما باید تأکید کرد در مقایسه مارپیچ دوگانهDNA و کروموزوم تغییر عظیمی در ابعاد دیده می شود، قطر مارپیچ دوگانه DNA 20 آنگلستروم(A) ولی قطر یک کروموزوم کاملاً بدون تاب حداقل 502 میکرون (یاA2000) است. پس پیش از آن که در مورد ساختمان درونی کروموزوم ها و آرایش دقیق مولکول های DNA در آنها این تفاوت صدمرتبه ای در ابعاد (با دو مرتبه بزرگی) چشم اندازهای زیادی هم در مورد نحوه آرایش مولکول ها و نیز تصور ما فراهم می کند. در توجیه اینکه چرا همتاسازیDNA ، برخلاف همتاسازی کروموزوم ها، نیمه حفاظتی است مدل های متعددی پیشنهاد شده است.
در این نوشته ما در پی معنایی گسترده از تولیدمثل هستیم. ما با این ایده شروع کردیم که تمام اشکال زندگی این نوع گونه خود پدید می آید و در نهایت به اینجا رسیدیم که مولکول DNA همانندسازی می کند. با تغییر جهت بحث می بینیم که کل پیوستگی ژنتیکی در واقع در همین نکته است. چون هر مولکول DNA می تواند خود را همتاسازی کند. هر ژن و کروموزومی دستخوش همتاسازی می شود. چون هر بار که کروموزوم تقسیم می شود، کروماتیدهای خواهری از هم جدا شده، توسط مکانیسم رشته های دستگاه دوک به سلول های دختری انتقال می یابند؛ بدین ترتیب هر سلول از سلول قبلی به وجود می آید که در آن همان ماده موروثی ژنتیکی حضور دارد، چون سلول ها از راه میتوزی از سلول های والدی پدید می آیند و چون هر فرد از یک یا مجموعه ای از سلول های مشتق از یک یا دو والد پدید می آید. تمام زندگی از زندگی از نوع خود به وجود می آید.
حال آنچه می ماند قرار دادن این مفهوم، یعنی پیوستگی ژنتیکی در چهارچوب اجتماعی است. ایده های علمی ممکن است به کاربردهای فنی (تکنولوژیکی) بینجامد که قدرت انسان را افزایش و سیر تمدن را تغییر می دهند. سرانجام این مفهوم که پیوستگی ژنتیکی نهایتاً در رشته های همتاساز مارپیچ دوگانه خلاصه می شود ممکن است به یاری روش های دستکاری و جراحی ماده ژنتیکی بیاید که توسط آنها روزی انسان بر فزایند تکامل کنترل کامل یابد و خصوصیات ارثی را در جهانی گزینشی تغییر دهد. آن زمان هنوز نرسیده است از طرف دیگر بیشترین تأثیر مفاهیم علمی ممکن است نه در قلمرو کاربردهای تکنولوژیک، بلکه در تغییر بنیادی دیدگاه های فلسفی انسان درباره طبیعت، حیات و خرد انسان دیده شود. نگرانی نهایی انسان را می توان در پرسش دیرین وی دید، از کجا آمده ایم؟ به کجا می رویم؟
در بازسازی دیدگاه انسان در مورد جهان، پالایش مفهوم پیوستگی ژنتیکی تا جایی که معلوم شد در همتاسازی های نوع قابل توجهی از مولکول ها قرار دارند، نشان دهنده مرحله نهایی تأیید «ماشین انسانی» ج.او . دولامتریس است. این نهایت کاهش سطح یگانه ترین خاصیت ویژه حیات یعنی تولیدمثل، به رفتار فیزیکی و شیمیایی مولکول هاست. تمام خصوصیات و توانانی های منتقل شده ارثی، چه آنهایی که تعیین کننده یک گونه، چه آنهایی که موجب تمایز فردی است در توالی نوکلئوتیدی مولکول های DNA به رمز درآمده اند و با کنترل ساختن هزاران هزار پروتئین در سلول های پیکر در حال رشد جنین تولید می شوند. مانند نظریه تکامل آلی، نظریه انتخاب طبیعی، تفسیر کامل پیوستگی ژنتیکی نیز بر دیدگاه انسانی در مورد خود و حیات تأثیر بنیادی داشته است.
اما این راز کاملاً از بین نرفته است و به طور کامل با ماشین انسانی جایگزین نشده است، باید به خاطر داشت که مارپیچ دوگانه DNA نمی تواند بیرون از پیچیده ترین محیط زنده اطراف آن همتاسازی کند. این مولکول نمی تواند بیرون از سیستمی که ترکیبات ضروری چون تری نوکلئوتید و منابع ضروری انرژی مانند آدنوزین تری فسفات (ATP) دارد، همتاسازی کند؛ همین طور نمی تواند بدون کمک آنزیم های ویژه، که خود پروتئینی است که تحت شرایط خاص از برخی بخش های مولکول های DNA موجود پدید می آیند، همتاسازی کند. در نهایت حیات، تولیدمثل، و مولکول های همتاساز اجزاء لازم یک سیستم پیچیده اند؛ و این سیستم است که زندگی می کند، تولیدمثل کرده و رمز ژنتیکیش را همتاسازی می کند. در اینجا به آن اندازه راز در کار است که هر کسی تأمل کند و بپرسد از کجا آمده است به کجا می رود؟
اصل پیوستگی ژنتیکی در پالایش نهایی آن می تواند به معنی به وجود آمدنی دنیایی از گونه های لایتغیر و جمعیت های دارای افراد یکسان باشد، اما دنیای واقعی پر از گونه های متفاوت و جمعیت هایی از آن گونه ها هستند که تفاوت های دائمی نشان می دهند. نماینده های گونه انسان تقریباً به همان اندازه که شبیه هم به نظر می رسند از هم تفاوت دارند. پس دیدگاه ما در باب جهان باید با حضور خصوصیات ارثی نو در کنار کهنه سازگار باشد و جایگاه نهایی جهش های ژن ها و کروموزوم هایی که دیده می شود باید به برخی تغییرات اجزای DNA و یا بردار خطاهایی درفرآیند همتاسازی دقیق باشد. بروز این تغییرات در رمز ژنتیکی ماده ای فراهم می کند که «انتخاب طبیعی» می تواند بر روی آن عمل کند. پس در دیدگاه نهایی ما پیوستگی ژنتیکی و تکامل دو مضمون بزرگ حیات اند که از راه جهش و انتخاب طبیعی به هم پیوند می خورند. پیوستگی ژنتیکی دلالت بر آن دارد که همتاسازی خطاهای تصادفی در کنار تداوم اشکال اصلی مورد آزمون قرار گرفته و نهایتاً خصوصیات منطقاً موفق تری پایدار بماند. پیوستگی ژنتیکی هم عنصر پایدار در سرشت انسان (و سایر گونه های زنده) و نیز اساس این امید ماست که تغییر ممکن است ادامه یابد و به سازگاری های تازه بینجامد و در انتها موجودی پیشگوتر از ما پدید آید.

منبع: / سایت / باشگاه اندیشه
به نقل از: فرهنگ تاریخ اندیشه ها، جلد دوم، چاپ اول 1385
نویسنده : بنتلی گلس
مترجم : علی فرازمند