تفاصيل تجربة العالم هيرشي وتشيس التي غيرت علم الوراثة

تجربة العالم هيرشي وتشيس، ما الذي يجعلها من أهم التجارب في علم الوراثة؟ الإجابة ببساطة أن هذه التجربة شكلت نقطة تحول حاسمة في فهمنا لماهية المادة الوراثية قبلها. لم يكن العلماء متأكدين من المسؤول الحقيقي عن نقل الصفات الوراثية: هل هو البروتين أم الحمض النووي؟ لكن هذه التجربة حسمت الجدل وأثبتت بشكل واضح أن DNA هو العنصر الأساسي في الوراثة.بالتالي فتح أبوابًا جديدة في علم الأحياء الجزيئي. وأدى إلى سلسلة من الاكتشافات الكبرى. في هذا المقال، نستعرض التجربة نفسها، والعلماء الذين نفذوها، ودورها في تغيير علم الوراثة.مع الإشارة إلى جهود علماء آخرين في دعم نتائجها.

ما هي تجربة هيرشي وتشيس؟

تعد تجربة العالم هيرشي وتشيس واحدة من أهم التجارب العلمية التي أثبتت بشكل قاطع أن الحمض النووي (DNA) هو المادة الوراثية المسؤولة عن نقل الصفات من جيل إلى آخر أجريت. هذه التجربة في عام ١٩٥٢ بواسطة العالمين ألفريد هيرشي ومارثا تشيس.وكانت تعتمد على استخدام فيروس يعرف باسم البكتريوفاج، الذي يصيب البكتيريا ويحقن مادته الوراثية داخلها.

فكرة التجربة كانت بسيطة وعبقرية في نفس الوقت استخدم العالمان نوعين من التأثير الإشعاعي: الأول لتعليم البروتين بغاز الكبريت المشع (³⁵S)، والثاني لتعليم الحمض النووي بالفوسفور المشع (³²P). ثم سمحا للبكتريوفاج المصنع بهذه الطريقة بإصابة بكتيريا الإشريكية القولونية. بعد انتهاء الإصابة، تم فصل القشرة الخارجية للفيروسات عن البكتيريا باستخدام خلاط قوي. ثم فصلت البكتيريا بالطرد المركزي.

النتائج كانت واضحة جدًا: الفوسفور المشع الذي يشير إلى DNA وجد داخل البكتيريا. بينما الكبريت المشع الذي يشير إلى البروتين بقي خارجها.هذه النتيجة أكدت أن الحمض النووي هو الذي انتقل إلى الخلية البكتيرية، وليس البروتين. وبهذا، برهنت التجربة بشكل قاطع أن DNA هو المادة الوراثية، لا البروتين كما كان يعتقد البعض سابقًا.

ومن المثير أن تركيب البكتريوفاج لعب دورًا رئيسيًا في تصميم هذه التجربة.بينما إن الفيروس يتكون من غلاف بروتيني خارجي يحمي الحمض النووي بداخله.ما أتاح تتبع مسار كل مكون منهما داخل وخارج الخلية البكتيرية.[1]

تعرف أيضًا على:أسئلة في علم الأحياء وأسرار الكائنات الحية

ما هي تجربة هيرشي وتشيس للصف الثاني عشر؟

تدرس تجربة العالم هيرشي وتشيس في مناهج الصف الثاني عشر. على أنها من أبرز التطبيقات على التفكير العلمي والتجريب المباشر في مجال الوراثة. في هذا السياق، يتم تبسيط التجربة للطلاب لتوضيح الفكرة الأساسية بأن الحمض النووي هو المسؤول عن الوراثة وليس البروتين

يبدأ الشرح عادةً بتوضيح مشكلة علمية كانت موجودة قبل خمسينيات القرن الماضي.وهي: ما المادة التي تحمل المعلومات الوراثية؟ ولأن البروتينات معقدة وأكثر تنوعًا من الحمض النووي، كان الاعتقاد السائد أن البروتين هو المسؤول ثم يتم عرض فكرة تجربة هيرشي وتشيس باستخدام الفيروسات الملقحة إشعاعيًا.وشرح كيف تبين أن الفيروس يحقن حمضه النووي في البكتيريا ليحدث التغيير.

أما الجزء العملي من الشرح فيركز على خطوات التجربة، واستخدام الفوسفور والكبريت لتعليم المادتين المختلفتين.وفصل الفيروسات عن البكتيريا بعد الإصابة. وأخيرًا تحليل النتائج هذه الخطوات تعزز فهم الطلاب لأهمية الدليل التجريبي في دعم النظريات العلمية.

والجدير بالذكر أن هذه التجربة ترتبط ضمنيًا بفهم أعمق لما يشرحه المنهج من مفاهيم.مثل “في تجارب التحول البكتيري يتضح أن المادة التي تدخل إلى الخلية. وتؤثر على صفاتها هي الحمض النووي”. بهذا، تستخدم تجربة هيرشي وتشيس كمثال عملي حي يدعم هذه الفكرة النظرية. بالتالي جعل العلم أكثر وضوحًا وواقعية لدى المتعلمين.

تعرف أيضًا على:نشأة علم الأحياء وأساسياته

من هما العالمان ألفريد هيرشي ومارثا تشيس؟

لعب كل من ألفريد هيرشي ومارثا تشيس دورًا بارزًا في تاريخ علم الوراثة الحديث فقد عملا معًا في مختبر كولد سبرينغ هاربر في الولايات المتحدة. بينما أجريا تجربة العالم هيرشي وتشيس الشهيرة كان هيرشي عالم فيروسات وباحثًا في البكتريوفاج. بينما كانت تشيس مساعدة بحثية تتمتع بكفاءة عالية ومهارات دقيقة في العمل التجريبي.

هيرشي، الذي حصل لاحقًا على جائزة نوبل في الطب عام ١٩٦٩ (شاركها مع علماء آخرين)، كان له اهتمام خاص بكيفية انتقال الفيروسات من خلال الحمض النووي أما مارثا تشيس.فرغم أنها لم تنل شهرة علمية مساوية لهيرشي. فإن دورها العملي في التجربة كان حاسمًا، خاصة في تنفيذ الخطوات التقنية وفصل البكتيريا بدقة.

أحد الجوانب اللافتة في حياتهما العلمية أن تجربتهما لم تأت من فراغ.بل كانت نتيجة تساؤلات علمية سابقة وتجارب لم تحسم بعد. كان السؤال العلمي آنذاك يدور حول المادة الحقيقية التي تحمل الصفات الوراثية. وكان هناك جدل كبير حول هل هو البروتين أم DNA؟ وجاءت التجربة لتحسم هذا الجدل.

ومن الجدير بالذكر أن أحد المفاهيم المرتبطة بهذه المرحلة العلمية كان أن DNA هو المسؤول عن الوراثة 2 points.وهو ما دعمته تجربة هيرشي وتشيس بشكل لا يقبل الشك، ما غير طريقة فهمنا للمادة الوراثية ومهد الطريق لاكتشافات أعظم.

تعرف أيضًا على:أهم الاختراعات في العالم

العلاقة بين تجربة هيرشي وتشيس واكتشاف الحمض النووي

رغم أن تجربة العالم هيرشي وتشيس لم تكشف عن البنية الثلاثية الأبعاد للحمض النووي، إلا أنها كانت حجر الأساس الذي مهد لهذا الاكتشاف. فبمجرد أن أثبتت التجربة أن DNA هو المادة الوراثية، أصبح من الضروري فهم كيفية عمله وتركيبه.

هذا ما فتح الباب أمام العالمين واطسون وكريك اللذين استخدما هذه المعرفة لبناء نموذج الحمض النووي الشهير ذي الشكل الحلزوني المزدوج. ومن المثير أن واطسون ذكر في سيرته الذاتية أن نتائج تجربة هيرشي وتشيس كانت حاسمة في إقناعه بأن الحمض النووي هو المفتاح لفهم الوراثة.

وقد مكنت هذه النتائج العلماء لاحقًا من التقدم خطوة إضافية نحو تحديد تركيب النيوكلوتيدات Nucleotides المكونة ل DNA.وهو أمر أساسي في فهم الشفرة الوراثية وطريقة نسخ المعلومات الجينية في الخلايا. هذه الخطوة كانت ضرورية لتطوير علم الأحياء الجزيئي الحديث. وأسهمت في بناء الأساس لتقنيات تحليل الجينات والهندسة الوراثية لاحقًا.

التجربة إذًا كانت نقطة انطلاق للعديد من الاكتشافات التالية.فقد ساعدت العلماء على التوقف عن التركيز على البروتينات والبدء في دراسة الحمض النووي بعمق. وهذا أدى لاحقًا إلى رسم خريطة الجينوم البشري. وتطوير تقنيات الهندسة الوراثية، وحتى في فهم الأمراض الوراثية وتشخيصها.

عندما ندرج تجربة هيرشي وتشيس في السياق التاريخي للعلم.نجد أنها تمثل الجسر الذي ربط بين نتائج تجريبية غير مكتملة ونظرية متكاملة للوراثة. بل إن هذه التجربة تعد الآن نموذجًا يحتذى به في التفكير العلمي القائم على الدليل والتحقق.

تعرف أيضًا على:كيف أثرت الاختراعات عبر التاريخ في تشكيل الحضارات؟

كيف ساهم العلماء الآخرون في دعم نتائج تجربة هيرشي وتشيس؟

على الرغم من أهمية تجربة العالم هيرشي وتشيس، إلا أن دعم المجتمع العلمي لها لم يأت فورًا.بل احتاج الأمر إلى تجارب ودراسات أخرى دعمت نتائجها ووسعت فهمنا للوراثة

من أبرز هؤلاء العلماء كان العالم تشارجاف، الذي ساهم بقاعدة مهمة عرفت لاحقًا باسم “قواعد تشارجاف”.والتي تقول إن كمية الأدينين تساوي كمية الثايمين، وكمية السيتوزين تساوي كمية الجوانين في الحمض النووي. هذه القاعدة كانت دعمًا غير مباشر لتجربة هيرشي وتشيس، لأنها دلت على انتظام تركيبة الحمض النووي وأنه مادة مرتبة بدقة، بالتالي عزز فكرة أنه المادة الوراثية.

كذلك، جاءت العديد من الدراسات الأخرى في الخمسينيات والستينيات لتعزز النتائج. فقد تم استخدام تكنولوجيا أكثر دقة لتصوير الفيروسات والحمض النووي. ما أتاح للعلماء رؤية تفاصيل لم تكن واضحة في تجربة هيرشي وتشيس الأصلية.

التكامل بين التجربة وبين أعمال هؤلاء العلماء مكن المجتمع العلمي من قبول نتائج التجربة على نطاق واسع. والانتقال إلى مرحلة جديدة من دراسة الجينات والكروموسومات. ولهذا، فإن دور العلماء الآخرين لم يكن فقط في تأكيد النتائج. بل أيضًا في توسيع آفاقها وتعميق تأثيرها في علم الوراثة.

تعرف أيضًا على:إليك أبرز إنجازات ماري كوري في الكيمياء والفيزياء

أهم نتائج تجربة هيرشي وتشيس وأثرها على علم الوراثة

فيما يلي أبرز النتائج التي توصلت إليها تجربة العالم هيرشي وتشيس، وتأثيرها على مجالات متعددة في علم الوراثة:

• أثبتت بشكل حاسم أن الحمض النووي (DNA) هو المادة الوراثية، وليس البروتين.
• أكدت على أهمية البكتريوفاج كأداة لتجارب الوراثة.
• ساعدت في دحض نظرية كانت تفضل البروتين كمادة وراثية نظرًا لتنوعه الكبير.
• وفرت أساسًا تجريبيًا للبحوث التالية، خاصة ما يتعلق بفهم تركيب الحمض النووي.
• مهدت الطريق أمام اكتشافات مثل تحديد تركيب النيوكلوتيدات Nucleotides المكونة ل DNA، وهو ما أدى إلى تطور سريع في علم الجينات.
• أثرت في مناهج تدريس علم الوراثة، بينما أصبحت التجربة جزءًا أساسيًا من المناهج الدراسية في المدارس والجامعات.
• ساهمت في بناء ثقة أكبر بالطرق التجريبية المبنية على الإشعاع والمجهر الإلكتروني.
• ساعدت العلماء على تطوير أدوات جديدة لدراسة الحمض النووي، مثل تحليل الجينات وتسلسلها.
• أدت إلى مراجعة شاملة للمفاهيم القديمة في علم الوراثة، واستبدالها بأخرى أكثر دقة وتطورًا.
• أثرت في المجالات الطبية، من خلال تمهيد الطريق لفهم الأمراض الوراثية وتصميم العلاجات الجينية.[2]

تعرف أيضًا على:بحث عن كولوم وأبرز إنجازاته في الفيزياء

في الختام، تظل تجربة العالم هيرشي وتشيس واحدة من العلامات الفارقة في تاريخ علم الوراثة الحديث. فقد قلبت الموازين العلمية، وأثبتت بما لا يدع مجالًا للشك أن الحمض النووي هو المفتاح الحقيقي لفهم الوراثة. ومن خلال بساطة فكرتها ودقة تنفيذها، أثبتت هذه التجربة أن العلم يبنى على التجربة والدليل.وأن التساؤلات الجريئة تقود دائمًا إلى إجابات تغير مجرى المعرفة البشرية.

• Vedantu Hershey and Chase Experiment: Discovery of DNA as Genetic Material ( بتصرف)
• Study Hershey & Chase Experiment | Overview, Results & Legacy ( بتصرف)

مشاركة المقال

وسوم