الكروموسوم ١٢: التجميع الذاتي

توجد تشبيهات بشرية لكل شيء تقريبًا في الطبيعة؛ فالوطاويط تستخدم السونار؛ والقلب مضخة؛ والعين كاميرا تصوير؛ والانتخاب الطبيعي هو المحاولة والخطأ؛ والجينات وصفات؛ والمخ مكون من أسلاك (محاوير، جمع محوار) ومفاتيح توصيل كهربية (تشابكات عصبية)؛ والنظام الهرموني يستخدم آليات ضبط التغذية الراجعة مثل مصانع تكرير البترول؛ والجهاز المناعي هو وكالة لمنع أنشطة التجسس؛ والنمو الجسدي يشبه النمو الاقتصادي. وتتوالي التشبيهات إلى ما لا نهاية. ومع أن بعض هذه التشبيهات يمكن أن يكون مضللًا، فإننا على الأقل على معرفة بالأساليب والتقنيات التي تستخدمها الطبيعة لحل العديد من المشكلات وتنفيذ تصاميمها البارعة. وقد أعدنا اختراع أغلب هذه الأساليب والتقنيات كي نستخدمها بأنفسنا في حياتنا التكنولوجية.

لكن يتحتم علينا الآن ترك هذه المنطقة المريحة كي نخوض في المجهول. فمن أعجب الأشياء وأجملها وأغربها التي تقوم بها الطبيعة دون أي صعوبة ظاهرة هو شيء لا يوجد عندنا أي تشبيه له؛ إنه بناء الجسم البشري من خلية صغيرة غير متمايزة تسمى البويضة المخصبة. تخيل محاولة تصميم جهاز ما (أو حتى برنامج كمبيوتر) يمكنه القيام بعمل مشابه لهذا العمل الفذ. ربما جرب البنتاجون عمل هذا الأمر، كما أعتقد: «صباح الخير ماندريك، مهمتك هي تصنيع قنبلة تنمو ذاتيًّا من قطعة من الصلب الخام وكومة من المواد المتفجرة ليس إلا. لديك ميزانية غير محدودة وألف من أذكى العقول تحت إمرتك في صحراء نيومكسيكو. أريد رؤية النموذج الأولي في أغسطس (آب). إن باستطاعة الأرانب القيام بهذا الأمر عشر مرات في الشهر. بالتأكيد ليس الأمر بهذه الصعوبة. هل من أسئلة؟»

حين تكون البويضة في طريقها للنمو إلى جنين، لا تكون في البداية إلا خلية غير متمايزة. بعدها بالتدريج تطور نوعين من عدم التماثل: محور الرأس الذيل، ومحور البطن الظهر. لدى ذبابة الفاكهة وضفادع الطين، تحدد الأم هذين المحورين، بحيث تخبر خلاياها أحد طرفي الجنين بأن يصير الرأس وأحد الجانبين بأن يصير الظهر. لكن لدى الفئران والبشر، تتطور هذه الاختلافات في فترة لاحقة ولا يعلم أحد كيف يحدث هذا بالتحديد. يبدو أن لحظة غرس البويضة في الرحم تلعب دورًا حيويًّا.

في ذبابة الفاكهة وضفادع الطين، يمكن فهم حالات عدم التماثل؛ إذ إنها تتكون من انحدارات في المنتجات الكيميائية لجينات مختلفة آتية من الأم. وفي الثدييات كذلك، من المؤكد تقريبًا أن حالات عدم التماثل تحدث لسبب كيميائي. فكل خلية يمكنها، إن جاز لنا القول، تذوق الحساء الموجود داخلها، ثم تغذي هذه المعلومات في جهاز تحديد المواقع الكمبيوتري الصغير ومن ثم تحصل على قراءة تقول: «أنت تقعين في الجزء الخلفي من الجسم، بالقرب من الجزء السفلي فيه.» من الجميل أن تعرف أين أنت.

منذ بداية القرن العشرين، يفضل علماء الوراثة إجراء دراساتهم على ذبابة الفاكهة، وذلك لأنها تتكاثر بسرعة وبسهولة في المعامل. بيد أنه يجب علينا التوجه بالشكر إلى هذه الذبابة الصغيرة لأنها أوضحت لنا الكثير من المبادئ الأساسية للوراثة: كفكرة ارتباط الجينات بالكروموسومات، أو اكتشاف مولر بأنه من الممكن عمل طفرات جينية باستخدام الأشعة السينية. ومن بين الذباب الطافر بفعل هذه الطريقة، بدأ العلماء يجدون أن بعضها صار ينمو بطرق غير عادية؛ إذ كان لها أرجل في المكان المفترض فيه وجود قرون الاستشعار، أو أجنحة في المكان المفترض فيه نمو مثبتات صغيرة تسمى الرسن. بعبارة أخرى، إن قطعة من قطع الجسم كونت جزءًا سليمًا، لكن في موضع مختلف من الجسم. لقد وقع خطأ ما في الجينات المثلية.

مثل هذا الكشف مفاجأة كبيرة. فحتى ذلك الوقت كان من المفترض أن أجزاء الجسم تحدد نفسها وفق جيرانها من الأجزاء المختلفة، وليس وفق خطة جينية كبرى. لكن حين ثُبتت جينات ذبابة الفاكهة الطافرة وقُرِئَتْ تتابعاتها، ظهرت مفاجأة جديدة. وكان نتاج ذلك واحدًا من اكتشافين يتعذر تصديقهما، وقد أوصلانا إلى أكثر الإضافات المعرفية روعة في القرن العشرين: وجد العلماء تجمعًا من ثمانية جينات مثلية موضوعة على الكروموسوم نفسه، جينات صارت تُعرف باسم جينات هوكس. لا شيء غريب إلى الآن، لكن ما كان غريبًا بحق هو أن كل واحد من الجينات الثمانية كان يؤثر في جزء مختلف من الذبابة، وكانت جميعها مصطفة في «نفس ترتيب الأجزاء التي تؤثر فيها في الذبابة»؛ فالجين الأول يؤثر في الفم، والثاني في الوجه، والثالث في أعلى الرأس، والرابع في العنق، والخامس في الصدر، والسادس في مقدمة التجويف البطني، والسابع في ظهر التجويف البطني، والثامن في الأجزاء الأخرى من التجويف البطني. لم يكن الغريب في الأمر أن أول الجينات يؤثر في رأس الذبابة وآخرها يؤثر في الجزء الخلفي منها وحسب، بل أنها جميعًا مصطفة بالترتيب على الكروموسوم، دون استثناء.

لمعرفة مدى غرابة هذا الأمر، عليك أن تدرك مقدار العشوائية التي تتوزع بها الجينات في المعتاد. في هذا الكتاب، أخبرتك بقصة الجينوم بنوع من الترتيب المنطقي، منتقيًا الجينات التي تناسب غرض كل فصل، لكني بهذا خدعتك بقدر ما؛ إذ لا يوجد سبب أو نظام تتوزع وفقه الجينات إلا نادرًا. في بعض الأحيان، تحتاج بعض الجينات أن تكون بالقرب من جينات أخرى بعينها. بيد أنه تصرف حرفي من الطبيعة بالتأكيد أن توزع الجينات المثلية وفق ترتيب استخدامها على هذا الشكل.

وكانت تنتظرنا مفاجأة ثانية. فعام ١٩٨٣ اكتشفت مجموعة من العلماء يعملون في معمل والتر جيرينج في بازل شيئًا تشترك فيه جميع هذه الجينات المثلية. لقد كانت جميعها تملك «الفقرة» نفسها من النص، وطولها ١٨٠ «حرفًا»، داخل الجين، وهو ما يعرف باسم العلبة المثلية. في البداية بدا هذا الاكتشاف غير ذي صلة. فعلى أي حال لو كانت هذه الفقرة واحدة في جميع الجينات، فليس بوسعها أن تجعل الذبابة تملك ساقًا مكان أحد قرون الاستشعار. إن كل الأجهزة الكهربائية بها قوابس، لكن لا يسعك التفريق بين آلة تحميص الخبز والمصباح الكهربي بالنظر إلى القابس فقط. إن تشبيه العلبة المثلية بالقابس تشبيه وجيه؛ فالعلبة المثلية هي الجزء الذي عن طريقه يرتبط البروتين الذي يصنعه الجين بأحد خيوط الحمض النووي كي ينشط أو يثبط جينًا آخر. وجميع جينات العلبة المثلية هي مفاتيح توصيل تنشط وتثبط جينات أخرى.

ومع هذا مكنت العلبة المثلية علماء الوراثة من البحث عن جينات مثلية أخرى، مثلما يبحث العامل وسط كومة من الخردة عن أي شيء متصل بقابس. كان زميل معمل جيرينج، إيدي دي روبرتيس، يفتش وسط جينات الضفادع، بدافع حدسي لا أكثر، عن «فقرة» تشبه العلبة المثلية، وفعلًا وجدها. وحين نظر في الفئران وجدها ثانية تحمل الخيط نفسه المكون من ١٨٠ حرفًا تقريبًا؛ إنها نفس العلبة المثلية. ليس هذا وحسب، بل اكتشف أيضًا أن الفئران تملك مجموعات من جينات هوكس (أربع مجموعات منها بدلًا من واحدة)، وعلى النحو نفسه الموجود لدى ذبابة الفاكهة كانت هذه المجموعات مصطفة واحدة تلو الأخرى حيث جينات الرأس في البداية وجينات الذيل في النهاية.

كان لهذا الكشف الثوري اثنان من النتائج الفورية: إحداهما تطورية والأخرى عملية. النتيجة التطورية هي أننا جميعًا ننحدر من سلف مشترك مع الذباب كان يستخدم الطريقة نفسها في تحديد أنماط الجنين منذ أكثر من ٥٣٠ مليون عام، وأن هذه الآلية كانت ناجحة للغاية حتى إن جميع أفراد سلالة هذا السلف المنقرض ظلوا يستخدمونها. في حقيقة الأمر، حتى المخلوقات المختلفة عنا، مثل قنفذ البحر، يُعرف عنها الآن أنها تستخدم المجموعات الجينية نفسها. ومع أن الذبابة أو قنفذ البحر قد يبدوان مختلفين تمامًا عن الإنسان، فإذا قارنا أجنتهما بأجنة أحد المريخيين مثلًا فسنجد أنها أكثر شبهًا بالبشر. أثارت تلك النزعة المتحفظة التي لا تصدق لعلم الوراثة الجنيني الدهشة العارمة في نفوس الجميع. أما النتيجة العملية التي تمخضت عن هذا الكشف فكانت على نحو مفاجئ أن كل هذه العقود من العمل الجاد على جينات ذبابة الفاكهة صارت ذات صلة كبيرة بالبشر. وإلى يومنا هذا يعرف العلم عن جينات ذبابة الفاكهة أكثر بكثير مما يعرف عن جينات البشر، وهذه المعرفة صارت الآن ذات أهمية مضاعفة. كان الأمر أشبه بتسليط ضوء مبهر على الجينوم البشري.

هذه هي ذروة انتصار الفرضية الرقمية التي بدأ بها هذا الكتاب؛ فالجينات ليست إلا أجزاء من برمجيات يمكنها العمل داخل أي نظام؛ إذ إنها تستخدم الشفرة نفسها وتؤدي الوظيفة نفسها. وحتى بعد ٥٣٠ مليون عام من الانفصال تستطيع حواسبنا التعرف على برامج الذباب والعكس بالعكس. إن استخدام تشبيه الحاسب هنا ملائم حقًّا، فذروة العصر الكمبري، ما بين ٥٤٠ و٥٢٠ مليون عام مضت، كانت وقت التجريب الحر لتصميم الجسد؛ مرحلة أشبه بمرحلة منتصف ثمانينيات القرن العشرين فيما يخص برامج الحاسب. لقد كانت هذه على الأرجح هي اللحظة التي ظهرت فيها أول جينات مثلية على يد فصيلة محظوظة من الحيوانات، والتي ننحدر منها جميعًا. بالتأكيد لم يكن هذا الكائن سوى شيء يعيش في الطين يسمى — بقدر من التناقض — باسم الدودة المسطحة المستديرة، وعلى الأرجح لم يكن إلا إحدى خطط الأجساد المتناحرة، لكن سلالته هي التي ورثت الأرض، أو أجزاء كبيرة منها. هل كان هو صاحب أفضل تصميم، أم الأبرع في تسويق نفسه وحسب؟ من كان أَبِل في العصر الكمبري ومن كان مايكروسوفت؟

يصبح من الجلي أيضًا سبب امتلاكنا لما يصل إلى ثلاثة عشر جينًا من جينات هوكس في كل مجموعة وليس ثمانية كالذباب. تملك الفقاريات عظم ذنب تالٍ على الشرج، بمعنى أن العمود الفقري يمتد لما بعد الشرج. إن جينات هوكس الإضافية الموجودة لدى البشر والفئران، ولا توجد لدى الذباب، مطلوبة من أجل برمجة نمو الجزء السفلي من الظهر والذيل. وبما أن أسلافنا، حين صاروا من القردة العليا، انكمش الذيل لديهم تمامًا، فإن هذه الجينات من المفترض أنها صامتة إلى حدٍّ ما فينا بالمقارنة بنظيرتها لدى الفئران.

لن تندهش حين تعلم أن الجين «القنفذ» له مكافئ لدى البشر والطيور. يوجد ثلاثة جينات مشابهة بدرجة كبيرة تدعى «القنفذ الصوتي» و«القنفذ الهندي» و«قنفذ الصحراء» تؤدي الوظيفة نفسها تقريبًا لدى الأفرخ والإنسان. (لقد أخبرتك من قبل أن لعلماء الوراثة عقولًا غريبة؛ فهناك جين موجود الآن يسمى «القنيفذ» وعائلتان جديدتان من الجينات تسميان «الخنزير الوحشي» و«المرموط». وقد بدأ الأمر كله لأن ذباب الفاكهة ذا النسخة المعيبة من جين «القنفذ» كان له مظهر شوكي.) وتمامًا كما في الذباب فإن وظيفة جين «القنفذ الصوتي» وشريكيه المخططين هو إخبار القسم أين ينبغي أن يكون الجزء الخلفي من الطرف. وهو ينشط في العمل حين يكون برعم الطرف قد تكون فعلًا، بحيث يخبر برعم الطرف أي جهة هي الخلفية. وإذا قمت في اللحظة المناسبة بزرع كرية ميكروسكوبية في بروتين الجين «القنفذ الصوتي» ثم أدخلتها بحرص في الجانب الخاص بالإبهام في برعم جناح جنين الطائر مدة أربع وعشرين ساعة فستكون النتيجة جناحين معكوسين ملتحمين من النصف الأمامي لهما نصفان خلفيان إلى الخارج، بدرجة دقة تماثل تلك التي حصلنا عليها في ذبابة الفاكهة.

جينات «القنفذ» تحدد مقدمة الجناح ومؤخرته، وجينات هوكس هي التي تقسمه بعد ذلك إلى أصابع. وتحويل برعم الطرف البسيط إلى يد ذات خمسة أصابع يحدث في كل شخص منا، لكنه حدث أيضًا، وفق إطار زمني مختلف، حين طورت أولى رباعيات الأرجل أيديها من زعانف السمك منذ حوالي ٤٠٠ مليون عام. وفي واحدة من أكثر الأحداث العلمية المُرضية في العلم الحديث، وجد علماء الحفريات الذين يدرسون تحول الأشكال القديمة أرضًا مشتركة مع علماء الأجنة الذين يدرسون جينات هوكس.

ليست جينات هوكس وجينات «القنفذ» هي الجينات الوحيدة التي تتحكم في عملية النمو. توجد عشرات من الجينات الأخرى التي تؤدي أعمالًا بارعة كي تحدد أين وكيف تنمو أجزاء الجسم، وهي جميعًا تؤلف نظامًا عبقريًّا للتجميع الذاتي. من هذه الجينات أفراد عائلتي جينات «باكس» و«الجينات الفارقة» التي تحمل أسماء مثل: «الحافة الجذرية» و«الحذف المتساوي» و«فوشي تارتزو» و«الأحدب» و«كرابل» و«المارد» و«المشرشر» و«كنيربس» و«طائر الريح» و«الصبار» و«هاكيبين» و«الأفعى» و«جوركن» و«أوسكار» و«عديم الذيل». إن دخول عالم علوم وراثة الأجنة يشبه قراءة إحدى روايات تولكين؛ إذ يتطلب أحيانًا من المرء تعلم حصيلة واسعة من المفردات، لكنك — وهنا تكمن روعة الأمر — لست بحاجة لتعلم طريقة تفكير مختلفة، فلا توجد فيزياء معقدة أو نظرية الفوضى أو ديناميكية الكم أو مفاهيم مبتدعة. ومثل اكتشاف الشفرة الجينية نفسه فإن ما بدا في البداية مشكلة لا يمكن حلها إلا باستخدام مفاهيم جديدة اتضح أنه ليس سوى تتابع بسيط حرفي مفهوم بسهولة للأحداث، فمن عدم التناظر للمواد الكيميائية المدخلة في البويضة تتابعت بقية الأحداث، فالجينات ينشط بعضها بعضًا، معطية الجنين رأسًا ومؤخرة. بعد ذلك تنشط جينات أخرى بالتتابع من الجزء الأمامي للخلفي بحيث تعطي كل قسم الهوية الخاصة به. بعدها تستقطب جينات أخرى الأقسام إلى أنصاف أمامية وخلفية. بعدها تفسر جينات أخرى كل هذه المعلومات وتكون زوائد وأعضاء أكثر تعقيدًا. إنها عملية كيميائية بسيطة تسير خطوة بخطوة كانت ستروق لأرسطو عن سقراط. ومن عدم التناظر البسيط يمكن تطوير نمط معقد. وفي الواقع، يعد تطور الأجنة عملية سهلة للغاية من حيث المبدأ، لكن ليس من حيث التفاصيل؛ حتى إنه لمن المغري التساؤل: هل حري بالمهندسين البشر محاكاتها، وأن يخترعوا آلات قادرة على التجميع الذاتي؟