الامتداد الكبير

تتم عملية تقسيم الجينات إلى الأمشاج في الخلايا الجرثومية التي تتكون منها الخلايا التناسلية. في المرحلة الأولى، يتم مضاعفة الحمل الجيني للخلايا الجرثومية. بعد ذلك، يقوم أي كروموسومين متطابقين (متماثلين) بتبادل الأجزاء الجينية

يواجه الشخص أو الحيوان الذي يقرر التكاثر خيارًا صعبًا. يمكنه أن ينقل إلى الجيل التالي، إلى المستقبل، نصف جيناته فقط (والتي، مع نصف جينات شريكه، ستشكل مرة أخرى حمولة وراثية كاملة). ومن أجل تجنب الاختيار القاسي - وهو أيضًا غير فعال من وجهة نظر البقاء - تم تطوير طريقة أثناء التطور تسمح بتقسيم "الاستثمار" بشكل عشوائي إلى "سلال" مختلفة.

ومن الناحية العملية، تتم هذه العملية في الخلايا الجرثومية التي تتكون منها الخلايا التناسلية. في المرحلة الأولى، يتم مضاعفة الحمل الجيني للخلايا الجرثومية. بعد ذلك، يقوم أي كروموسومين متطابقين (متماثلين) بتبادل الأجزاء الجينية. يتم إجراء الاستبدال على أساس التطابق الكامل قدر الإمكان للتسلسل الجيني بين الأجزاء المستبدلة. هذه هي عملية التبادل الجيني، وبعد ذلك سيتم تقسيم الحمل الجيني المزدوج بين

أربع خلايا تكاثرية (خلايا منوية أو بويضات)، تحمل كل منها نصف كمية الجينات الموجودة في الخلية الطبيعية - في "سلة وراثية" ذات تركيبة "شخصية" مختلفة. بهذه الطريقة، يضمن التطور خلق ذرية تشبه إلى حد ما والديها ولكنها تختلف عنهما أيضًا، ولها شخصيتها وسماتها الفريدة (والتي قد تكون ضرورية للبقاء على قيد الحياة في ظل ظروف معينة). في عمليات إصلاح الحمض النووي: يتم قطع الجزء الذي تم اكتشاف خطأ أو خطأ فيه، ويتم "تثبيت" نسخة جديدة في مكانها، ويتم إنشاؤها وفقًا للجزء المقابل في الكروموسوم المقابل. ولكن كيف بالضبط "تكتشف" الأجزاء الجينية المتوافقة بعضها البعض لتبادل الأماكن؟

هذه هي الأجزاء التي يبلغ حجمها (طولها) حوالي جزء من المليون من إجمالي طول الجينوم. ويتطلب كل استبدال أن تقوم الشرائح بقياس نفسها مرارًا وتكرارًا مقابل مئات الآلاف من القطع، حتى يتم العثور على القطعة الواحدة التي يتطابق تسلسلها الجيني تمامًا مع تسلسلها الجيني.

قام الدكتور تسفي تيلوستي وطالب البحث يوناتان صابر، من قسم فيزياء الأنظمة المعقدة في معهد وايزمان للعلوم، بفحص هذه العملية باستخدام الأدوات الفيزيائية. وقد نُشرت نتائج أبحاثهم مؤخرًا في المجلة العلمية Molecular Cell. يقول الدكتور تيلوستي: "من المعروف أنه خلال مرحلة الاستبدال، يتمدد جزء الحمض النووي بنسبة 50٪ في المتوسط". "إن البروتين المسمى RecA هو المسؤول عن التمدد، وهو وأمثاله موجودون في جميع أنحاء عالم الحيوان."

قام العلماء بدراسة ظاهرة التمدد من أجل فهم ما إذا كانت خطوة أساسية أثناء التبادل، أم أنها مجرد نوع من الآثار الجانبية. وتشددت علامة الاستفهام نظرا لأن عملية التمدد تستهلك طاقة كبيرة، وتجعل من الصعب عملية تحديد مكان القطعة المقابلة وتنظيم المادة الوراثية في بنيتها الحلزونية المعروفة.

استخدم العلماء في بحثهم نموذجًا أساسيًا معروفًا من الحياة اليومية - الربح والخسارة. على سبيل المثال، عندما تقيس شريحة وراثية معينة نفسها مقابل شريحة مرشحة، يمكن القول إنها تفوز عندما تحدد بشكل صحيح طبيعة الشريحة المرشحة. إذا تم العثور على تطابق، فإنه يقوم بالاستبدال، وإذا لم يكن الأمر كذلك، فإنه يستمر في البحث أكثر. ومن ناحية أخرى، فمن الواضح أنه "يخسر" إذا كان التحديد غير صحيح، أي إذا تم التبادل مع شريحة غير مطابقة، أو إذا أخطأت القطعة المقابلة. ربما هذا هو ما يشعر به الأشخاص الذين يذهبون في موعد أعمى. في بعض الأحيان يكون هناك تطابق، ويؤتي استثمار الطاقة ثماره، وفي بعض الأحيان لا يوجد تطابق، وتنتقل إلى المزيد من البحث. لكن إذا واصلت دون تعديل، تكتشف لاحقاً أن ذلك "مضيعة للوقت".

قام العلماء بفحص البيانات المتعلقة بالتبادل الجيني في بكتيريا الجزيرة. كولي، تم الحصول عليه من خلال تجارب في العديد من المختبرات حول العالم. الدكتور تيلوستي: "عندما قمنا بفحص البيانات في نموذج الربح والخسارة، اكتشفنا أن التمدد يصل بالضبط إلى النقطة التي يكون فيها الفرق بين الربح (الملاءمة الصحيحة) والخسارة (الملاءمة غير الصحيحة) أكبر قدر ممكن، لذلك وبالنسبة للبكتيريا فإن هذا هو أفضل توازن يمكن تحقيقه." وهكذا اكتشف العلماء أن الصعوبات المصاحبة لظاهرة التمدد جديرة بالاهتمام، لأنه بهذه الطريقة يتم تقليل خطر "إغراء" الأجزاء للتبادل مع الأجزاء المقابلة غير المتطابقة إلى الحد الأدنى، مما قد يؤدي إلى إنشاء شرائح معيبة النسل والانقراض. في الواقع، وجد أنه كلما زاد امتداد الجزء، قل خطر الاستبدال الخاطئ؛ وهذا الامتداد بنسبة 50% - كما يحدث بالفعل في الممارسة العملية - يمثل التوازن بين التكلفة (صعوبة العثور على شريحة وراثية مطابقة) والمنفعة (تقليل خطر ارتكاب الأخطاء).