إلى أسرار الأحياء (وجهات نظر علم الوراثة)

ترتبط نجاحات علم الأحياء الحديث بشكل أساسي بهذا الفرع منه ، والذي يسمى البيولوجيا الجزيئية. تم تحقيق نتائج مذهلة بشكل خاص في دراسة الوراثة - خصائص الكائنات الحية ، التي ظلت غامضة لفترة طويلة. تمكن العلماء من الكشف عن طبيعة الجين. لقرون بدا أنه شيء صوفي ، شبه معدوم. وقد اتضح أنه هيكل كيميائي حقيقي للغاية - قطعة معينة من الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) ، وهو ناقل للمعلومات الجينية.

تم فك الشفرة الجينية - طريقة لتسجيل المعلومات الجينية الوراثية التي اختارتها الطبيعة. نحن نعلم أن الشخص يستخدم طرقًا مختلفة لتسجيل المعلومات. ميكانيكي - في الكتب ، والحروف الفردية ، والكلمات ، والعبارات ، يتم طباعتها على الآلات ، ونحصل عليها في شكل مطبوعات. تستخدم الطريقة المغناطيسية لتسجيل المعلومات في الهندسة الكهربائية. يوجد بصري - في أجهزة الفيديو المختلفة. لكن الطبيعة اختارت طريقة مختلفة تمامًا - الشفرة الجينية. من المعروف الآن أن جزيء الحمض النووي الريبي منقوص الأكسجين (DNA) يتكون من هياكل كيميائية منفصلة وبسيطة نسبيًا. لا يوجد سوى أربعة أنواع. تخيل أبجدية من أربعة أحرف يمكن استخدامها لكتابة مجموعة متنوعة من الكلمات والمفاهيم. هذا هو الحال هنا: التناوب بين أربعة تراكيب أولية في جزيء حمض الديوكسي ريبونوكلييك هو سجل للمعلومات الوراثية الوراثية.

حقق العلماء في مغناطيسية العمليات الجينية. نحن نعلم الآن أن جميع عمليات إعادة الترتيب التي تحدث في الحمض النووي (وهذه إعادة الترتيب بالتحديد هي التي تؤدي إلى تغيير في الخصائص الوراثية للكائنات الحية) تتم بمساعدة المحفزات البيولوجية - الإنزيمات. تحت المجهر ، يبدو أن أبسط عمليات إعادة الترتيب ميكانيكية بحتة: أخذوا ، على سبيل المثال ، عصا ، وهي جزيء DNA يشبه الخيط ، وكسروه ، ثم قاموا بطريقة ما بإصلاحه مرة أخرى. في الواقع ، كل شيء أكثر تعقيدًا ... هناك إنزيمات خاصة تجعل هذا الكسر في جزيء الحمض النووي ، وأنزيمات أخرى تخيط الخيط. هذا هو الحال مع إعادة الترتيب الجيني الأخرى. تم اكتشاف عدد كبير من الإنزيمات التي تشارك في تخليق الأحماض النووية ، في عمليات إعادة ترتيب مختلفة لجزيئاتها.

يُعرف الكثير الآن عن آليات التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الخلية وفي الكائن الحي بأكمله. تمت دراسة عمليات تكوين واستخدام الطاقة. الطاقة الحيوية للخلايا معقدة للغاية. في مجال التكنولوجيا ، نتعامل مع تحويل الطاقة الحرارية. لا يمكن استخدام الطاقة الحرارية في القفص. تستخدم بشكل أساسي الطاقة الكيميائية ، والتي يتم تحويلها إلى طاقة ميكانيكية ، على سبيل المثال ، أثناء تقلص العضلات ، والتي تنفق على حركة العناصر الغذائية ، وما شابه.

تم إحراز تقدم كبير في دراسة البروتينات والأحماض النووية والتركيبات المختلفة داخل الخلايا. تتراكم المعرفة بمعدل متغير. كل هذه اكتشافات في الخمسين عامًا الماضية ، وإذا تحدثنا عن أهمها - إذن 25 عامًا. لقد ابتكروا علم الأحياء الحديث ، وساعدونا على الاقتراب من معرفة أعمق أسرار الأحياء.

السعي لمعرفة العالم المحيط هو قدرة أبدية ورائعة للإنسان. العلم يكتسب المعرفة - وهذا هو الغرض منه. لكن للناس الحق في توقع فوائد عملية من البحوث الأساسية ، من معرفة قوانين الطبيعة. على الأرجح ، يمكننا التحدث عن شكلين من الاستخدام العملي للمعرفة - المرئي وغير المرئي.

ما هو واضح لنا؟ أتاح تطور علم الوراثة إمكانية إنشاء سلالات جديدة من الحيوانات الأليفة لتطوير أنواع جديدة من النباتات. الثورة الخضراء التي حدثت هي نتيجة مباشرة للبحوث الوراثية.ساعدت معرفة بنية المركبات النشطة بيولوجيًا الطبيعية الكيمياء على تخليق العديد من الأدوية ، والتي بدونها يستحيل تخيل الطب الحديث.

اليوم ، في بلدنا وفي بلدان أخرى من العالم ، هناك صناعة واسعة النطاق تستخدم الأساليب الميكروبيولوجية لتركيب المركبات العضوية. بهذه الطريقة ، على سبيل المثال ، يتم الحصول على بروتين ميكروبي. تُزرع الخميرة على الهيدروكربونات البترولية ، ومن المرجح أن يزرع الكحول على بعض الغازات مثل الميثان أو الهيدروجين في المستقبل القريب. ومن الخميرة يتم الحصول على بروتين كامل يستخدم كعلف لحيوانات المزرعة.

كل هذا مرئي للجميع. ولكن ما المقصود بكلمة "غير المرئي"؟ هذه هي الأفكار التي يثيرها العلم الأساسي. داخل المختبر حيث تظهر هذه الأفكار ، قد لا تتم ترجمتها مباشرة إلى ممارسة. ولكن من خلال نظام التعليم العالي وبطرق أخرى ، تصبح الأفكار ملكًا للكثيرين ، وخاصة المتخصصين الذين يعملون في الزراعة والطب والصناعة. وهناك صندوق المعرفة الذهبي يؤتي ثماره. يصعب أحيانًا تتبع هذه العملية ، ناهيك عن تحديد كميتها ، فهي تشبه تيارًا يمر تحت الأرض ، وتمتص المياه الأخرى هناك ، وبعد ذلك ، في مكان ما على مسافة ، تخرج في شكل تيار أقوى بكثير من هذا التدفق. التي أعطته الحياة.

ظهرت فكرة الوقاية من الأمراض المعدية عن طريق اللقاحات في البداية كأسلوب معملي بسيط لدراسة فسيولوجيا الكائنات الحية الدقيقة. لقد استغرق الأمر وقتًا وجهود العديد من الممارسين لإنشاء مجموعة متنوعة من اللقاحات ، ونظام كامل من الإجراءات الحكومية للوقاية من الأمراض المعدية - التطعيمات، على سبيل المثال ، ضد الجدري مرض السل، ضد شلل الأطفال. ولا أحد يتذكر بعد الآن أن كل شيء بدأ بمختبر ، مع أنبوب اختبار. مثال آخر. نشأت صناعة المضادات الحيوية الضخمة واستخدامها في علاج العديد من الأمراض من الملاحظة المتواضعة لعالم الأحياء الدقيقة الإنجليزي فليمنج ، الذي لاحظ بالصدفة أن السائل الذي نمت فيه العفن يمنع نمو الميكروبات.

اسمحوا لي أن ألفت انتباهكم إلى العديد من المهام التي حددتها الحياة الحديثة لعلمنا. بادئ ذي بدء ، نحن نتحدث عن استخدام الأساليب البيولوجية للحفاظ على البيئة. خذ المبيدات. كثير منهم ضار بالعالم الحي. لكن من حيث المبدأ ، يمكنك إنشاء مبيدات آفات أخرى. ستقضي على الآفات ، لكن لن يكون لها تأثير ضار على الطيور والحشرات المفيدة ، وذلك ببساطة لأن هذه المركبات الكيميائية سيكون لها عمر قصير جدًا وستعمل على مجموعة محدودة من الكائنات الحية. أو أي شيء آخر. يتوسع إنتاج النفط بشكل كبير ليس فقط على اليابسة ولكن أيضًا في الخارج. في هذا الصدد ، فإن خطر التلوث بالزيت ومنتجاته من المحيطات العالمية كبير. للتنظيف ، يمكنك استخدام الكائنات الحية الدقيقة التي تتغذى على الزيت بشكل فعال للغاية وتدمره في نفس الوقت.

يجب على علماء الأحياء تحديد درجة الخطر على البيئة والبشر في بعض الصناعات الصناعية ، التي تدخل نفاياتها إلى الغلاف الجوي والمياه والتربة. الانتباه إلى الآثار الضارة ، وتحديد حجمها - يعني اتخاذ الخطوة الأولى نحو القضاء عليها. في الواقع ، غالبًا ما ترتبط العواقب السلبية للإدارة على الطبيعة بجهلنا. كان هذا هو الحال ، بالمناسبة ، مع مبيدات الآفات - إذًا لم يتخيل الناس ببساطة مدى تلك الظواهر السلبية التي يمكن أن يؤدي استخدامها على نطاق واسع.

يحق للبشرية أن تتوقع من علم الأحياء حل مشاكل مهمة مثل مكافحة السرطان والأمراض الوراثية. حتى الآن لا توجد سوى احتمالات وحسابات وآمال معينة. ولكن ، بناءً على مدى سرعة تطور العلم اليوم ، فإن الوقت ليس بعيدًا عندما يمكن اقتراح بعض الأساليب الفعالة لمكافحة هذه الأمراض.

سؤال اخر.جميع العمليات الكيميائية في الجسم إنزيمية. يذهبون بمساعدة ما يسمى بالمحفزات البيولوجية - بروتينات الإنزيم. في الصناعة الكيميائية ، تُستخدم المحفزات أيضًا - مسرعات التفاعلات ، لكنها ليست عضوية ، على الأقل ليست مواد بروتينية. ليست هناك حاجة للقول على وجه التحديد أن العمليات البيوكيميائية تحدث في ظروف أكثر اعتدالًا ، فهي أكثر فعالية. من المحتمل ، في المستقبل القريب ، أن يبدأ الشخص في استخدام التفاعلات الكيميائية التي تحدث في الجسم ولأغراض صناعية على نطاق أوسع. مستقبل التكنولوجيا بلا شك مرتبط بالبيولوجيا.

نحن مشغولون الآن بمشاكل الهندسة الوراثية. هذا اتجاه جديد في علم الأحياء الجزيئي ، فهو موجود منذ أقل من خمس سنوات - وقت قصير جدًا للعلم. لكن هذا الاتجاه مثير للاهتمام للغاية وواعد. الهدف من الهندسة الوراثية هو إنشاء هياكل وراثية جديدة بشكل مصطنع في المختبر. بعد فك شفرة الشفرة الجينية ، ودراسة آليات التحولات الجينية المختلفة ، وتعلم عزل الإنزيمات التي تقوم بإعادة الترتيب الجيني للحمض النووي ، تمكن العلماء من تعيين أنفسهم مثل هذه المهمة.

بغض النظر عن مدى تواضع هذه التجارب ، تظل الحقيقة غير قابلة للدحض: لأول مرة ، تمكن الإنسان من الاندماج في أنبوب اختبار في بنية جينية واحدة كاملة موجودة بشكل منفصل في الطبيعة. لم يكن اندماجهم نتيجة تصادم عشوائي للجزيئات ، ولكنه كان نتيجة اختيار واع وخطة مدروسة. بعد كل شيء ، غالبًا ما تظهر الأشياء الجديدة في العلوم والتكنولوجيا في شكل متواضع جدًا ولا يتم تقييمها دائمًا بشكل صحيح منذ البداية. قوانين علم الوراثة ، على سبيل المثال ، التي وضعها G.Mendel ، لم يلاحظها المعاصرون ، وكان لا بد من إعادة اكتشافها بعد 40 عامًا.

ما هي الآفاق التي تفتحها الهندسة الوراثية ، وماذا تعدنا؟

الكثير من الأشياء. بادئ ذي بدء ، في الطب ، في مكافحة الأمراض الوراثية. عادةً ما ترتبط بعيوب في واحد من آلاف الجينات الموجودة في جسم الإنسان. تسمح الهندسة الوراثية أساسًا بتصنيع أي جين في المختبر. وبعد حصولنا على الجين ، يمكننا الحصول على نتاج عمل هذا الجين واستخدامه لتعويض عيب وراثي بمساعدة العلاج الجيني - خلق ، إذا جاز التعبير ، بدلة جينية.

يمكن أيضًا استخدام تقنيات الهندسة الوراثية لإنتاج الهرمونات. على الأرجح ، سيتم إنتاج الأنسولين قريبًا بهذه الطريقة. وبدلاً من تلقيه في المسلخ من الخنازير أو الماشية ، فإنه يتم الحصول عليه في الزراعة البكتيرية. من خلال فرض جينات غريبة على الكائنات الحية الدقيقة ، يمكننا إجبارها على إنتاج الهرمون الضروري بكميات غير محدودة تقريبًا.

بطبيعة الحال ، هذه ليست التطبيقات الوحيدة للهندسة الوراثية. يبدو أن العلاج الجيني خارج نطاق الخيال. لم يتم حتى الآن الحصول على أي جين تقريبًا لعلاج المرض. لكن تجربة العقود الأخيرة أظهرت مدى سرعة تطور البحث إذا كان يستند إلى النظرية الصحيحة ويتم تنفيذه باستخدام طرق موثوقة. لذلك سأقول: هذا الخيال لا أساس له من الصحة. هذا ليس خيالًا ، بل قياسات حقيقية ، المهام التي نواجهها والتي سيتم حلها في المستقبل القريب إلى حد ما.

هل يمكن منع النتائج السلبية للتقدم؟ يمكن منعها. في الواقع ، ما الذي يرتبطون به؟ كقاعدة عامة ، مع عدم اكتمال معرفتنا ، مع حقيقة أننا لا نستطيع دائمًا تقييم النتائج المحتملة بالكامل والتنبؤ بها. إذا لم يكن بالإمكان توقع جميع العواقب مقدمًا ، فيجب تقييمها على أقصى مقياس ويجب اتخاذ جميع الاحتياطات مسبقًا.

يجري العمل على إزالة عدد من الآثار الضارة. في المؤسسات الصناعية ، تم تطوير بناء مرافق المعالجة على نطاق واسع ، وأصبح التحكم في النفايات السائلة والانبعاثات في الغلاف الجوي أكثر صرامة ، وتم إنشاء دورات إنتاج مغلقة.يعمل الكيميائيون على إنتاج مبيدات حشرية "غير ضارة" ، ويتم تصنيع مواد اصطناعية "تتنفس" ، وغير ذلك الكثير.

هناك نوع من الديالكتيك في هذا: نجاحات العلوم ستساعد في القضاء على العواقب الضارة للتقدم العلمي والتكنولوجي. يعمل العلماء الآن على مشكلة التثبيت البيولوجي للنيتروجين. ما هي النقطة؟ إن استخدام الأسمدة النيتروجينية هو تقدم بلا شك. أنها تفيد الحقول وتزيد الغلة. لكن النيتروجين المعدني له أيضًا عواقبه السلبية - حيث يتم غسل المركبات النيتروجينية في المسطحات المائية ، مما يتسبب في تطور النباتات غير المرغوب فيها هناك ، مما يؤدي إلى تفاقم تكوين الماء. هل يمكنك الاستغناء عن الأسمدة؟ بالطبع ، ليس على الإطلاق مع الزراعة المكثفة ، ولكن يمكنك تقليل استخدامها. من المعروف أن البقوليات (فول الصويا على سبيل المثال) تمتص النيتروجين من الهواء. توجد كرات صغيرة على جذورها - مستعمرات من البكتيريا تعيش في تعايش مع النباتات. لديهم القدرة على ربط النيتروجين في الغلاف الجوي وتحويله إلى شكل يمكن لفول الصويا امتصاصه بسهولة.

إذا تم العثور على الكائنات الحية الدقيقة التي يمكن أن تسكن جذور الحبوب وتربط النيتروجين في الغلاف الجوي ، سيكون من الممكن استخدام كمية أقل من الأسمدة على التربة. ويا للادخار الهائل الذي يعد به هذا ، وكيف سيساعد في الحفاظ على الطبيعة! في أي اتجاهات تجري عمليات البحث؟ وعلى التقليدية - عن طريق الاختيار. ومن خلال الهندسة الوراثية. تخيل: نقوم بنقل الجينات لاستيعاب النيتروجين الجوي من بكتيريا العقيدات إلى بكتيريا أخرى يمكن أن تعيش في تعايش مع القمح أو حتى في أوراق الحبوب ...

يمكن حل الكثير ليس من خلال التحسينات الصغيرة على الأساليب الحالية ، سواء كانت تقنية أو طرق زراعية ، ولكن عن طريق التغييرات الأساسية ، وذلك بفضل الاكتشافات الجديدة بشكل أساسي هذا هو المستقبل. لم تستنفد البشرية طرقًا لمنع العواقب السلبية المرتبطة بتطور المجتمع.

أ. بايف

منشورات مماثلة

كيف يتم بناء هياكل البروتين

ما هو القفص؟

إنترفيرون يفوز