2. الخلية

على الرغم من اختلاف أشكال الكائنات الحية، وأحجامها ووظائفها، حيواناً كانت أم نباتاً، فإنها جميعاً تشترك في كونها تؤول إلى وحدات صغيرة تسمى خلايا (Cells). والخلية الواحدة منها قادرة على القيام بجميع الوظائف الحيوية المختلفة من تغذية وتنفس وتكاثر، إضافة إلى أنها تمتلك المقدرة على تصنيع المواد العضوية معقدة التركيب من مواد خام بسيطة التركيب، إلى جانب قدرتها على التخلص من الفضلات الزائدة والسموم.

وتختلف الخلايا في أحجامها، فمثلاً بيضة الطائر هي خلية واحدة، تدخر مخزوناً هائلاً من المواد الغذائية على هيئة بروتينات (البياض) ودهون (صفار البيض) يكفي لعمل طائر جديد من نفس النوع. وعلى النقيض من ذلك، هناك النملة مثلاً التي تتكون من ملايين الخلايا، ويحتوي الإنسان على عدة تريليونات من الخلايا المتناهية الصغر التي يصعب رؤيتها إلا بواسطة العدسات المكبرة والمجاهر.

وإذا كانت هناك خلايا قادرة على القيام بوظائف حيوية عديدة، فإن هناك خلايا أخرى تخصصت في وظيفة واحدة. فالخلايا الموجودة في ثدي الحيوانات يتخصص بعضها في استخراج المواد الغذائية من الدم، وبعضها الآخر يحول تلك المواد إلى اللبن الحليب. أما الخلايا الثديية الأخرى فتتراص بطريقة معينة مكونة قنوات تنقل اللبن من أماكن إنتاجه إلى فم الرضيع (أُنظر شكل أنسجة الثدي).

وخلايا المعدة نموذج آخر على التخصص في أداء الوظائف، فبعض الخلايا تفرز حامضاً يفتك بالميكروبات التي تدخل مع الطعام، والخلايا الأخرى تفرز مخاطاً يحمي جدار المعدة من الحامض القوي، أما خلايا المعدة العضلية، فهي تساعد عند انقباضها على مرور الطعام من المعدة إلى الأمعاء (أُنظر شكل تركيب جدار المعدة).

أنى لهذه الخلايا أن تقوم بكل هذه الوظائف منفردة أو مجتمعة، ومردها في النهاية خلية واحدة (البويضة المخصبة)؟! من الذي هيأ للحيوان المنوي الذكري ذيلاً، يمكنه من العوم ضد الجاذبية الأرضية باحثاً عن بويضة الأنثى لتلقيحها، لتتكون نطفة وتُخَلَّقُ، فَتَكوَن علقةً، ثم مُضغةً، ليَخْرُج في النهاية بشرٌ سوياً مكتملاً؟! (أُنظر شكل مراحل تطور الجنين).

ثم قبل كل هذا، أنى لكل هذه الخلايا أن تنسق العمل لتكون منظومة غاية  في الدقة، لا نشاز فيها ولا اعوجاج؟

كل تلك الأمثلة بلا شك من معجزات الخالق سبحانه وتعالى الذي خلق كل شئ بقدر.

  )صُنْعَ اللَّهِ الَّذِي أَتْقَنَ كُلَّ شَيْءٍ إِنَّهُ خَبِيرٌ بِمَا تَفْعَلُون( (سورة النمل: الآية 88)

ورؤية الخلايا تحت المجهر متعة شيقة حقاً (أُنظر شكل أجزاء الخلية)؛ حيث تتراص الخلايا مكونة نسيجاً واحداً، ثم سرعان ما تجد مجموعة أخرى من الخلايا، مكونة نسيجاً ثانياً يتشابك مع النسيج الأول، ثم ترى مجموعة من الأنسجة وقد كونت عضواً.

وإذا فحصت الخلايا المختلفة بواسطة مجهر عالي التكبير، فسيدهشك تشابهها، وإن اختلفت في وظائفها وأشكالها ومواقعها. فكل خلية محاطة بغشاء رقيق من البروتينات والدهون يسمى الغشاء الخلوي، ينطوي على خصائص عجز البشر حتى الآن عن إحصائها.

والغشاء الخلوي (أُنظر شكل تركيب الغشاء الخلوي) هو الذي يحدد شكل الخلية وحجمها، ويتكون من طبقة مزدوجة من الدهن المطعم بالبروتينات. وهذا التركيب له أهميته، فبعض المواد ذات الوزن الجزيئي الصغير تمر خلاله بسهولة مثل الماء. أما مرور المواد الكبيرة من خلاله فيعتمد على نوع المادة ومدى احتياج الخلية لها، فتمر المواد التي تذوب في الدهون من خلاله بسهولة، حيث تتوفر لهذا الغشاء خاصية النفاذية الاختيارية.

والغشاء الخلوي حلقة الوصل بين الخلايا بعضها بعضاً، ثم بين الخلايا والأملاح والمواد الغذائية، والهرمونات، والمؤثرات العصبية، حيث يعج بالعديد من الأجسام الصغيرة المكونة من البروتينات والمواد الكربوهيدراتية. وبعض هذه الأجسام تسمى بالموصلات (Transporters)، وهي بمثابة القنوات التي تقوم - عبر الغشاء الخلوي -  بتوصيل المواد الغذائية إلى داخل الخلية، وحمل المواد الضارة إلى خارجها.

ويوجد على السطح الخارجي لأغشية بعض الخلايا نوع من البروتين يسمى "مستقبل الإشارة" (Signal Receptor)  يساعد على الاتصال بين خلايا الجسم بعضها ببعض. فمثلاً خلايا الغدة الدرقية تحمل مستقبلاً للإشارات الواردة من المخ. فإذا ما أرسل المخ إشارته إلى الغدة الدرقية، التصقت هذه الإشارة بالخلايا التي تحمل المستقبل المناسب فتتحد معه، ثم يولد هذا الاتحاد الحادث خارج الخلية مادة داخلها، تقوم بتنشيط الخلية لإنتاج هرمون الغدة الدرقية. وتحمل خلايا جسم الإنسان الملايين من مستقبلات الإشارة، إلاّ أنه لم يتعرف إلا على القليل منها حتى الآن.

وللغشاء الخلوي مقدرة على القيام بوظائف خاصة، فمثـلاً هناك بعض كرات الدم البيضاء، تُسمى "الخلايا الأكولة"، إذا وجدت ميكروباً في الدم أو الأنسجة، فإنها سرعان ما تقترب منه وتُمدد غشاءها من على جانبي الميكروب، حتى يحيط به من كل جانب، فيصير الميكروب في فجوة داخل الخلية. وما هي إلا برهة حتى تبعث الخلية بكيس صغير يحتوي على إنزيمات هاضمة إلى الفجوة، فتقوم هذه الإنزيمات بالقضاء على الميكروب وهضمه تماماً. ومن عظمة الخالق أن هذه الإنزيمات القوية لا تعمل إلا في الوسط الحامضي، فإذا ما تسربت من الفجوة إلى داخل الخلية، فإن مفعولها يبطل؛ نتيجة لتعادل الوسط داخل الخلية أو ميله للقلوية.

ويحيط هذا الغشاء بكتلة بروتينية هلامية تُسمى "السائل الخلوي" (Cytoplasm)تسبح فيه جسيمات مختلفة الأحجام.

أما تنفس الخلية وعمليات بناء الطاقة فيها، فتقوم بها جسيمات أخرى يطلق عليها الميتوكوندريا أو "بيت الطاقة" (Mitochondria)، ومفردها "ميتوكوندريون" (أُنظر شكل تركيب الميتوكوندريون)، وهي تظهر على هيئة قضبان أو خيوط طويلة. وتختص الميتوكوندريا بحرق المواد الغذائية البسيطة التي تأتي إلى الخلية عن طريق الدم. وينتج عن عملية الاحتراق طاقة تحتاج إليها الخلية للقيام بمختلف الوظائف والأنشطة.

وهناك الريبوسومات (Ribosomes)؛ وهي جسيمات متناهية الصغر تقوم ببناء المواد البروتينية المختلفة، بناءً على أوامر صادرة إليها من الأحماض النووية الموجودة داخل النواة. وتقع الريبوسومات على جانبي قنوات طويلة متشابكة تسمى الشبكة الإندوبلازمية، تغطي معظم أطراف الخلية، وتنقل خلالها الشفرات الصادرة من النواة لصنع المواد البروتينية التي تحتاج إليها الخلية. أما البروتينات القديمة المستهلكة، فيتم تكسيرها وهضمها بواسطة إنزيمات خاصة تقوم بردها إلى وحداتها الأولية (الأحماض الأمينية) فيعاد استخدامها من جديد. وتوجد هذه الإنزيمات في فجوات ذات غشاء رقيق تسمى الليسوسومات، كما تحتوي هذه الجسيمات على عديد من الإنزيمات الهاضمة الأخرى.

ويتم نقل البروتينات إلى أجسام أخرى يطلق عليها أجسام جولجى (Golgi Bodies) (أُنظر شكل أجسام جولجي) في فقاعات صغيرة؛ حيث تتم بعض التعديلات في شكل جزيء البروتين، ويضاف إليها جزيئات السكر ثم يعبئها ويرسلها إلى حيث تستقر بصفة دائمة داخل الخلية أو يرسلها خارج الخلية.

ونواة الخلية هي عقلها المدبر ومركز التحكم؛ إذ تحتوي على المادة الوراثية المتحكمة في سائر وظائف الخلية. وتبدو النواة تحت المجهر أكبر أجزاء الخلية وضوحاً، وغالباً ما تأخذ الشكل الكروي أو البيضاوي.

وتحتوي كل خلية في الجسم على نواة واحدة تقوم بعمل الحكومة المركزية، إلا أن هناك بعض الخلايا، مثل الألياف العضلية، تحتوي على أكثر من نواة، وبعض آخر يفقد نواته أثناء مراحل نموها، غير أنها تظل تقوم بالوظائف التي خلقت من أجلها، مثل خلايا الدم الحمراء في الإنسان ومعظم الثدييات.

وتحتوي النواة على سائل يُسمى "السائل النووي" تسبح فيه النوية والمادة الوراثية الموجودة على شكل شبكة من الخيوط الملتفة بعضها حول بعض، تُسمى "الشبكة الكروماتينية" أو "الكروموسومات". وتحاط النواة من الخارج بالغشاء النووي، وهو غشاء يفصل النواة عن السيتوبلازم، ويتكون من طبقتين رقيقتين، يفصل بينهما فراغ دقيق. وتتصل الطبقتان من خلال ثغور صغيرة تمر من خلالها الجزيئات بين السيتوبلازم والنواة. كما يتصل الغشاء النووي في بعض الأماكن بالشبكة الإندوبلازمية التي تتصل بدورها بالغشاء الخلوي، فينتج عن ذلك شبكة من قنوات الاتصال بين أجزاء الخلية المختلفة، الأمر الذي يسمح بالتنسيق في أداء وظائفها المختلفة.

والنُوَيَّة (Nucleolus) جسم صغير للغاية موجود داخل النواة. وتحوي كل نواة نُوَيَّة واحدة أو أكثر. والنوية هي المسؤولة عن تصنيع نوع من الأحماض النووية يطلق عليه الحامض النووي الريبوزي الريبوسومي (Ribosomal RNA) ، وهو يقوم بدور هام في تصنيع البروتين في الخلية.

والنواة هي الموقع التي تخزن فيه المادة الوراثية داخل الخلية، وتُعَدّ موسوعة ضخمة تحتوي على جميع المعلومات الوراثية التي تحدد كل صفة في الإنسان، بدءاً من طوله ولون بشرته وعينيه وشكله، وانتهاءً بذكائه وسلوكه.

وتُخَزَن هذه المعلومات الوراثية على أشرطة طويلة جداً ملتفة، بعضها حول بعض، حتى تشغل حيزاً صغيراً في النواة وُتسمى هذه الأشرطة "الشبكة الكروماتينية" أو "الكروموسومات". ويختلف عدد الكروموسومات الموجودة في النواة من كائن لآخر. ففي الإنسان يبلغ عدد الكروموسومات 46 كرموسوماً موجودة على هيئة 23 زوجاً، كل زوج متماثل في الطول والسمك واللون، وكل كرموسوم مكون من شريط طويل مزدوج ملتف حول نفسه بطريقة تشبه السلم الحلزوني، يُسمى "بالحامض النووي الريبوزي منقوص الأكسجين" (Deoxy Ribonucleic Acid) واختصاره المشهور بالإنجليزية هو DNA وسنشير إليه هنا بالاختصار د ن أ (أُنظر شكل تركيب النواة).

وشريط الـ د ن أ يتكون من وحدات صغيرة متتابعة تسمى كل منها نيوكليوتيدة (Nucleotide) وكل نيوكليوتيدة تتكون من مجموعة فوسفات وسكر خماسي يطلق عليه اسم سكر الريبوز منقوص الأكسجين (Deoxyribose)  وقاعدة نيتروجينية (أُنظر شكل تركيب النيوكليوتيدة). وهناك أربعة أنواع من القواعد النيتروجينية هي أدينين (Adenine)، ويرمز لها بالرمز (أ) أو(A )، وثيمين  (Thymine)، ويرمز لها بالرمز (ث) أو (T )، وسيتوسين(Cytosine) ، ويرمز لها بالرمز (س) أو(C) ، وجوانين(Guanine)، ويرمز لها بالرمز (ج) أو(G) .

وتتكرر مجموعات الفوسفات والسكر الخماسي في كل نيوكليوتيدة، في حين تختلف القاعدة النيتروجينية؛ لذا يشار إلى النيوكليوتيدة برمز القاعدة النيتروجينية التي تحتويها؛ لذلك يوجد أربعة أنواع من النيوكليوتيدات، هي أدينين وجوانين وسيتوسين وثيمين.

وترتبط النيوكليوتيدات، بعضها ببعض، في شكل هندسي، مكونة شكل السلم الحلزوني، حيث تتكون جوانب السلم من الفوسفات والسكر، في حين تكون القواعد النيتروجينية درجات هذا السلم (أُنظر شكل تتابع النيوكليوتيدات). فلا ترتبط قاعدة الأدينين إلا بقاعدة الثيمين، ولا ترتبط قاعدة الجوانين إلا بقاعدة السيتوسين.

وبهذه الحروف الأربعة تكتب جميع المعلومات الوراثية على الشريط الوراثي، فكل تتابع من هذه الحروف مسؤول عن توريث صفة معينة يطلق عليه اسم جين (Gene). فعلى سبيل المثال، هناك الجين المسؤول عن توريث صفة لون العين، ويطلق عليه جين لون العين، وهناك الجين المسؤول عن لون الشعر ويسمى جين لون الشعر. وقد يبلغ عدد الجينات الموجودة على الشريط الوراثي الواحد حوالي 1000 جين.

ولا تقتصر وظائف الشريط الوراثي على توريث الصفات الوراثية من الآباء إلى الأبناء فقط، بل تتعداه إلى التحكم في جميع وظائف الخلية. فالجينات الوراثية تضمن سلامة تصنيع البروتينات المطلوب إنتاجها في الخلية، كي تضمن أداء هذه الخلية لوظيفتها. ويتم ذلك عن طريق تحديد ترتيب الأحماض الأمينية وعددها، وبذلك يحدد الجين شكل البروتين ووظيفته.

فعلى سبيل المثال يحتوي الجين المسؤول عن تصنيع هرمون الأنسولين على الشفرة الوراثية المكونة من الآلاف من تتابعات النيوكليوتيدات بترتيب معين. وعند البدء في تصنيع الأنسولين يقوم جين الأنسولين بنسخ الشفرة الوراثية الموجودة عليه في صورة شريط مفرد من حامض نووي آخر يحتوى على سكر خماسي آخر هو سكر الريبوز (Ribose Sugar)، ثم ويخرج من النواة إلى السيتوبلازم حاملاً الرسالة الوراثية لهرمون الأنسولين؛ لذا يطلق على هذا الحامض اسم "الحامض النووي الريبوزي المراسل أو حامل الشفرة  (Messenger Ribonucleic Acid)  ويرمز له باللغة الإنجليزية بالرمز MRNA، وسوف نشير إليه هنا بالرمز العربي (م ر ن أ) (أُنظر شكل نسخ الشفرة الوراثية).

وفى السيتوبلازم، يلتصق الحامض النووي الريبوزي المراسل بمصنع البروتينات في الخلية وهو "الحامض النووي الريبوسومي"  (Ribosomal RNA) أو الريبوسوم الذي يبدأ في قراءة الشفرة الوراثية وترجمتها إلى أحماض أمينية، حيث تقوم "الأحماض النووية الريبوزية الناقلة" بنقل الأحماض الأمينية وربطها بعضها ببعض بروابط ببتيدية (أنظر شكل مراحل تكوين البروتين)، لتكوين الأنسولين الذي يتم إفرازه من الخلية إلى الدم ليقوم بوظائفه.

الطفرات الوراثية Mutations

وتعني كلمة طفرة، حدوث تغير فجائي وثابت في التركيب الكيميائي للجين، الأمر الذي يؤدي إلى تغير الصفة الوراثية الناتجة عن هذا الجين أو تغير الوظائف الفسيولوجية المسؤول عنها. وينتقل هذا التغير الوراثي من جيل إلى جيل؛ لذا فإنه يصبح وراثياً. وتنتج الطفرات غالباً نتيجة تغير في تسلسل القواعد النيتروجينية المكونة للجين، وبالتالي يتغير أحد الأحماض الأمينية المكونة للبروتين، الأمر الذي يؤدي إلى تغير البروتين المتكون. وقد يكون هذا البروتين إنزيماً مسؤولاً عن ظهور صفة، أو يكون داخلاً في تفاعلات معينة، الأمر الذي يؤدي إلى اختفاء هذا الإنزيم أو تغير طبيعته، بما يترتب عليه ظهور صفات أخرى أو حدوث سلسلة من التفاعلات الأخرى. وغالباً ما تحدث الطفرات نتيجة التعرض لبعض المواد الكيميائية السامة أو التعرض للأشعة مثل الأشعة السينية.

وتُعد الخلية الصغيرة وحدة بناء الكائن الحي، وهي وحدة قائمة بذاتها، وتتميز بقدرتها على تصنيع غذائها من المواد الأولية، والتواصل بما حولها، والتحكم في دخول الجزيئات وخروجها منها، وحفظ أسرار حياتها. ويمكن تشبيه الخلية الواحدة بمدينة كاملة المرافق والمنشآت، لها حكومة مركزية (النواة) تقوم بتنظيم كل شؤونها والتحكم فيها؛ وهناك مركز الطاقة (الميتوكوندريا)، وشبكة الطرق (الشبكة الإندوبلازمية)، والمصانع (الريبوسومات). ويمثل الغشاء الخارجي حدود الدولة، حيث يتحكم في عملية الدخول والخروج من الخلية (أُنظر شكل الخلية مدينة كاملة المرافق).