מה היה קורה אם לתא לא היה DNA?

לתא ללא DNA יש מגבלות רבות שיכולות לזרז את מותו. תאים דורשים דנ"א לביצוע תפקודי חיים חיוניים, העברת חומר גנטי, הרכבת חלבונים נכונים והסתגלות לתנאים סביבתיים משתנים. כמה תאים מיוחדים מאוד משילים את הגרעין שלהם כדי לבצע בצורה יעילה יותר משימה ספציפית כמו נשיאת המוגלובין ופחמן דו חמצני. תאים גרעיניים כמו תאי דם אדומים בוגרים רגישים יותר לרעילות סביבתית ויש להם אורך חיים קצר יחסית.

חומצה דאוקסיריבונוקלאית (DNA) מכילה את הוראות הקידוד הגנטי של אורגניזמים חיים. ה- DNA מורכב מבסיסי אדנין, ציטוזין, גואנין ותימין שמתאחדים ומתחברים באמצעות קשרי מימן. זוג בסיסים משלים - כמו אדנין (A) ותימין (T) - המחובר למולקולות סוכר ופוספט נקרא נוקלאוטיד. קווצות ארוכות של נוקלאוטידים יוצרות את סליל ה- DNA הכפול המפורסם כיום שהתגלה בשנת 1952 על ידי ג'יימס ווטסון, פרנסיס קריק, רוזלינד פרנקלין ומוריס וילקינס, מדענים בקינגס קולג 'בלונדון.

תאים אוקריוטים משכפלים DNA ואז חולקים עותק כאשר התא מתחלק בתהליך של מיטוזה או מיוזה. מיוזה כוללת שלב נוסף במהלך חלוקת התאים שבו קטעי DNA מתנתקים מכרומוזום אחד ומתחברים שוב לכרומוזום התואם. כרומוזומים מחולקים נמשכים לקצוות מנוגדים של התא, ומעטפות הגרעין מתחלפות סביב הכרומטין.

הגרעין משמש כמפקד הראשי המעביר פקודות ליחידות פיקוד. ה- DNA השוכן בגרעין מספק את כל ההוראות לקידוד החלבונים הדרושים לאורגניזם. אובדן הגרעין יגרום למהומה בתוך התא. ללא מערכת הוראות ברורה, לתא הסומטי האופייני לא יהיה מושג מה לעשות הלאה.

תאים זקוקים גם לגרעין שיסייע בוויסות תנועת החומרים על פני קרום התא. מולקולות נעות קדימה ואחורה על ידי אוסמוזה, סינון, דיפוזיה והובלה פעילה. סוגים שונים של שלפוחיות ממלאים תפקיד גם בהעברת חומרים לתא או מחוצה לו. ללא גרעין שמנהל את ההצגה, תא עלול לקרוס או להתנפח ולהתפוצץ.

המעטפה הגרעינית היא מבנה קרום כפול המתאם DNA (כרומטין) בתוך הגרעין. במהלך שלב, הגרעין רוכש חומרים מזינים ומספק סביבה אופטימלית לשכפול DNA. ברגע שהתא מוכן להתחיל להתחלק, מעטפת הגרעין מתפרקת ומשחררת את הכרומוזומים לציטופלזמה. ה- DNA מוגן ומוגן בגרעין מכיוון שהוא מכיל את כל הגנום של האורגניזם הדרוש להפצת מינים.

האם החיים יכולים להתקיים ללא DNA? האם נגיפים חיים? האם תאי הגידול חיים? מענה לשאלות אלה מצריך הבנה והסכמה על משמעות החיים, אך לא במובן הפילוסופי הארוך. לפי אסטרוביולוגים של נאס"א, "החיים הם מערכת כימית המקיימת את עצמה המסוגלת להתפתח דרוויניסטית." עם זאת, הגדרות החיים שונות, וזה משפיע על אופן סיווג וירוסים המכילים רק RNA, למשל.

תאים אוקריוטיים מכילים DNA בגרעין שלהם, המפקח על הליכי פעולה רגילים. מטרת חלוקת התאים היא לגדול ולהתרבות. האבולוציה וההסתגלות נובעות מזיווג ייחודי של נוקלאוטידים של ה- DNA. לתאים ללא DNA לא יהיה שום חומר גנטי להעביר.

מולקולות של חומצה ריבונוקולאית (mRNA) מסנג'ריות משמשות כמתווך ל- DNA גרעיני ולשאר התאים. כפי שהשם מרמז, mRNA מעתיק (מתמלל) חלקים מ- DNA ושולח הודעות קריאות לאברונים, ומסמן מתי לחלק או להרכיב סוגים מסוימים של חלבונים. אם תא יאבד את הגרעין וה- DNA שלו, התא היה נחלש בסופו של דבר ותופס את תשומת ליבם של זלילת מיקרופאגים במערכת החיסון.

בתאים אוקריוטיים יש גרעין המכיל DNA. בהגדרה, אורגניזמים אוקריוטים לא היו מתקיימים ללא DNA. בנוסף לגרעין, אורגניזמים איקריוטים מכילים סוגים רבים של אברונים המופיעים לפי רמז:

• ה רשתית אנדופלזמית (ER) הוא קרום מקופל המחובר לגרעין. השכבה החיצונית נקראת ER מחוספס מכיוון שהיא מכוסה בריבוזומים גבשושי. מולקולות חלבון מורכבות בין ה- ER המחוספס לבין השכבה הפנימית החלקה של ה- ER. שלפוחיות מעבירות את החלבונים שזה עתה הורכבו אל מערכת גולג'י להמשך עיבוד והפצה.

• ריבוזומים הם מבני חלבון זעירים אך חשובים. ריבוזים מפענחים את ה- RNA המסנג'ר שהועתק מה- DNA והרכיבו את חומצות האמינו שנקבעו בסדר הנכון. לאחר היווצרותם בגרעין הריבוזומים צפים בציטופלזמה או נקשרים לטיקולום האנדופלזמי המחוספס.
  

• ה ציטופלזמה הנו נוזל חצי נוזלי בתוך התא המאפשר תגובות כימיות. השלד הציטו - עשוי מחלבונים סיביים - מסייע במיקום אברונים בציטופלזמה. הכרומטידים מתעבים במיטוזה ומתיישרים לאורך אמצע התא לפני שהם נפרדים על ידי הציר המיטוטי, המורכב ממיקרובוביות בציטופלזמה.
  

• Vacuoles הן שקיות אחסון בתא השומרות באופן זמני מזון, מים ופסולת. לצמחים יש ואקום גדול המאגר מים, מווסת את לחץ המים ומחזק את דופן התא.
  

• מיטוכונדריה מכונים בדרך כלל תחנת הכוח של התא. אנרגיית אדנוזין טריפוספט (ATP) מופקת באמצעות נשימה תאית. תאים עם צורכי אנרגיה גבוהים מכילים מספר רב של מיטוכונדריה.
  

ה- DNA של תאים פרוקריוטיים ממוקם באזור גרעין. DNA פרוקריוטי ואברונים אינם מוקפים בקרומים. ריבוזומים המייצרים חלבון הם האברון השולט בציטופלזמה. חיידקים מדגימים צורות חיים פרוקריוטיות; לחלקם יש דגל שוטים שהם אברונים חושיים.

רוב ה- DNA נמצא בגרעין (DNA גרעיני), אך כמויות קטנות קיימות גם במיטוכונדריה (DNA מיטוכונדריאלי). ה- DNA הגרעיני מווסת את חילוף החומרים בתאים ומעביר חומר גנטי מתא מחלק לתא. DNA מיטוכונדריאלי מסנתז חלבונים, מייצר אנזימים ומשכפל את עצמו. תאים פרוקריוטים מכילים גם DNA, אך אין קרום או מעטפה גרעינית.

תא דורש גרעין מכמה מאותן סיבות לכך שגוף זקוק ללב ולמוח. הגרעין מנהל את הפעולות היומיומיות של התא. אברונים זקוקים להוראות מהגרעין. ללא גרעין, התא אינו יכול להשיג את מה שהוא צריך כדי לשרוד ולשגשג.

לתא ללא DNA אין יכולת לעשות הרבה מכל דבר אחר מלבד המשימה שניתנה לו. אורגניזמים חיים תלויים בגנים ב- DNA להנחיית חלבונים ואנזימים. אפילו לצורות חיים פרימיטיביות יש DNA או RNA. בתוך 46 הכרומוזומים של גוף האדם, ישנם כ 20,500 גנים ב- DNA האחראים על טריליוני התאים ברקמת האדם, לפי עיכול גנטיקה.

כל האורגניזמים מתחילים בכדור קטן של תאים המתמחים בסוגים רבים ושונים של תאים כמו נוירונים, תאי דם לבנים ותאי שריר. בהתחלה, כל התאים זקוקים לגרעין שיגיד לו מה לעשות. הוראות יכולות לכלול אפילו מוות מתוכנת. לדוגמא, שיער, עור וציפורניים הם תאים מתים מלאים בקרטין.

שיבוט רבייה או טיפולי כרוך בהסרת גרעין תא ביצה והחלפתו בגרעין של תא תורם סומטי. ואז התא קופץ באופן חשמלי או כימי. בתנאים מבוקרים בקפידה, התאים יגדלו ויתמיינו לאיבר, רקמה או אורגניזם חדש שיש להם את ה- DNA של התורם.

תאי דם אדומים בוגרים ותאי אפיתל של העור והמעיים מועדים לבלאי, לפציעה ולמוטציה עקב העברת פסולת או במגע עם רעלים סביבתיים. באופן לא מפתיע, תאים שאין להם גרעין מתים מהר יותר מסוגים אחרים של תאים. היעדר גרעין בתאים כאלה מציע גורם מגן. אם לתאים אלה היה גרעין, הסיכוי לפגיעה כרומוזומלית יהיה גבוה יותר ואולי קטלני ל את האורגניזם אם מאפשרים לו להתחלק ולהעביר מוטציות מסכנות חיים, הגורמות למחלות גידולים.

ללא DNA, התאים לא יכלו להתרבות, מה שאומר הכחדה של המין. בדרך כלל, הגרעין יוצר עותקים של דנ"א כרומוזומלי, ואז מקטעים של דנ"א משולבים מחדש, וליד הכרומוזומים מתחלקים פעמיים ויוצרים ארבעה תאי ביצה או זרע. טעויות במיוזה עלולות לגרום לתאים עם DNA חסר ומחלות תורשתיות.

כמו תאי בעלי חיים, גם לתאי הצמח גרעין סגור הממברנה המכיל DNA. בנוסף, צמחים מכילים כלורופיל, הלוכד את אנרגיית השמש לשימוש בפוטוסינתזה וקצירת אנרגיית מזון. בתורם, צמחים מייצרים מזון לשאר רשת המזון. צמחים גם משפרים את הסביבה על ידי שחרור חמצן ושוקע פחמן דו חמצני אטמוספרי.

נוכחותו של גרעין מאפשרת לצמחים להתרבות ולשמור על יציבות האוכלוסייה. אם לצמחים לא היה גרעין המכוון את פעילויות התא, הם לא היו מסוגלים לייצר מזון. כתוצאה מכך, צמחים ימותו. בתורם, אוכלי עשב היו בסכנה אם מקור המזון שלהם יוסר.

המגוון הביולוגי הוא המפתח להישרדות מינים עבור אורגניזמים רב תאיים. מיני צמחים אינם יכולים לנדוד לבית חדש אם שינויי אקלים או שקטורי מחלות מאיימים לפתע על הישרדותו של מין המבודד באזור מסוים. באמצעות רקומבינציה גנטית במיוזה, קיימת שונות גנטית בקרב אוכלוסיות שהופכות צמחים מסוימים לקשים ועמידים יותר, הודות לגנום הייחודי שלהם. למרות שצמחים מאותו סוג עשויים להיראות דומים במבט ראשון, ישנם בדרך כלל הבדלים קטנים אך משמעותיים לעין המאומנת.

לדוגמא, לשני צמחים זהים לכאורה הצומחים זה לצד זה עשויים להיות שינויים קלים בגודל העלים הממוצע, בווריד ובמבנה השורש בשל הגנוטיפ הייחודי שלהם. הבדלים דקים כאלה יכולים להיות מועילים או מזיקים אם תנאי הסביבה משתנים. לדוגמא, בתקופות של בצורת, צמחים מתמודדים עם שיעורי אידוי מים גבוהים יותר. צמחים בעלי עלים קטנים ורידים בכבדות עשויים להתאים יותר לשרוד ולהתרבות בתנאים צחיחים, למשל.

נגיפים עשויים להוות איום חמור על ה- DNA של התא המארח. נגיף מדביק את מארחו על ידי הזרקת מולקולות של DNA או RNA נגיפי לתא מארח. ה- DNA הנגיפי מצווה על התא לייצר עותקים של חלבונים נגיפיים ולא של התא, כדי ליצור נגיפים נוספים שממשיכים להשתכפל. בסופו של דבר, התא יכול להתפוצץ ולמות, ולהפיץ וירוסים שיתחלקו שוב ושוב. מחלות נפוצות כמו אבעבועות רוח ושפעת נגרמות על ידי נגיפים, שאינם מגיבים לאנטיביוטיקה.

סטודנטים הלומדים ביולוגיה תאית ומולקולרית חייבים להבין היטב את תפקידו וחשיבותו של ה- DNA בכל שלבי מחזור התא. ללא DNA, אורגניזמים חיים לא יכלו לצמוח. יתר על כן, צמחים לא יכלו להתחלק במיטוזה, ובעלי חיים לא יכלו להחליף גנים באמצעות מיוזה. רוב התאים פשוט לא יהיו תאים ללא DNA.

שאלות לדוגמא למבחן:

אם הגרעין וה- DNA שלו היו חסרים, א תא צמחי לא יוכל איזה מהבאים?

1. השלם את מחזור התא.
2. הגדל יותר.
3. חלקו על ידי מיטוזה.
4. כל מה שרשום לעיל.

אם הגרעין וה- DNA שלו היו חסרים, תא בעלי חיים לא יוכל לעשות איזה מהבאים?

1. השלם את מחזור התא.
2. הגדל יותר.
3. חלקו לפי מיוזה.
4. כל מה שרשום לעיל.