Chembe za Urithi, DNA, na Wewe

HEBU jiangalie sana katika kioo kwa muda fulani. Angalia rangi ya macho yako, umbile la nywele zako, rangi ya uso wako, na umbo la mwili wako. Fikiria vipawa vyako. Kwa nini uko hivyo? Kwa nini una tabia na vipawa hivyo mahususi? Leo, fumbo hilo linafumbuliwa kupitia kwa elimu ya chembe za urithi—elimu ya urithi—na athari za mazingira.

‘Elimu ya chembe za urithi?’ wewe wauliza. ‘Somo hilo lasikika kuwa la kisayansi mno na gumu sana kueleweka!’ Hata hivyo, je, umeshawahi kumwambia mtu fulani kuwa ana macho ya kijani kibichi kama ya baba yake lakini nywele nyekundu na mabakabaka kama ya mama yake? Ikiwa ndivyo, tayari unajua jambo la msingi la elimu ya chembe za urithi—tabia za kiasili hupitishwa kutoka kwa mzazi hadi kwa mtoto. Kwa kuongezea, jambo hilo laweza kukusaidia sana kuelewa namna mwanadamu alivyopata kuwapo—kwa mageuzi au uumbaji. Kwanza, ebu tuone jinsi ambavyo kila mmoja wetu anavyobeba urithi wa vizazi vingi.

Mwili wako umefanyizwa na sehemu hai ndogo-ndogo zinazoitwa chembe—zipatazo angalau trilioni 100, kulingana na kadirio moja. Katika kiini cha kila chembe, kuna maelfu ya chembe za urithi. Hizo ni sehemu mbalimbali za urithi zinazodhibiti chembe na kwa njia hiyo zinaamua baadhi ya tabia zako. Huenda chembe nyingi za urithi zikaamua aina ya damu yako; nyingine, umbile la nywele zako, rangi ya macho yako, na kadhalika. Kwa hiyo kila chembe hubeba maagizo katika chembe za urithi, maagizo yote yanayohitajiwa ili kujenga, kurekebisha, na kuelekeza utendaji wa mwili wako. (Ona mchoro, ukurasa wa 5.) Je, yote haya yaweza kuwa yalitukia kwa aksidenti?

Jinsi Fumbo Hilo Lilivyofumbuliwa

Nadharia ya kwamba tabia hurithiwa kwa damu ilibuniwa na Aristotle katika karne ya nne K.W.K. na kwa ujumla ilikubaliwa kwa zaidi ya miaka elfu moja. Nadharia hiyo iliathiri watu wengi sana hivi kwamba katika lugha ya Kiswahili, watu husema juu ya udugu wa damu.

Katika karne ya 17, yai na shahawa ziligunduliwa, lakini fungu lake lilieleweka vibaya. Watu fulani walidhani kwamba viumbe wadogo wenye umbo kamili walikuwa ama katika yai ama katika shahawa. Ingawa hivyo, kufikia karne ya 18, watafiti walitambua kwa usahihi kwamba yai na shahawa huunganika ili kufanyiza kiinitete. Hata hivyo, ufafanuzi sahihi juu ya urithi ungetolewa baadaye.

Maelezo sahihi hayakutolewa hadi mwaka wa 1866 wakati mtawa Mwaustria anayeitwa Gregor Mendel alipochapisha nadharia sahihi ya kwanza juu ya urithi. Kutokana na majaribio aliyofanyia njegere, Mendel aligundua kile alichokiita “elementi za urithi za kipekee” zilizojificha ndani ya chembe za uzazi, naye alisisitiza kwamba ndizo zinazopitisha tabia. Hizi “elementi za urithi za kipekee” sasa huitwa chembe za urithi.

Mnamo 1910, chembe za urithi zilipatikana katika chembe zinazoitwa kromosomu. Kromosomu hasa ni protini na DNA (deoxyribonucleic acid). Kwa kuwa wanasayansi tayari walijua umuhimu wa protini katika utendaji mwingine wa chembe, walifikiri kwa miaka mingi kwamba protini za kromosomu hubeba habari za urithi. Kisha, mnamo 1944, watafiti wakatokeza uthibitisho wa kwanza wa kwamba chembe za urithi hufanyizwa kwa DNA wala si protini.

Mnamo 1953, mwanadamu alipiga hatua kubwa katika kufumbua fumbo la uhai wakati James Watson na Francis Crick walipogundua muundo wa kemikali wa DNA, molekuli zilizojipinda zinazofanana na nyuzi.

Kuchunguza Chembe kwa Hadubini

CHEMBE imeitwa sehemu ya msingi ya uhai. Kwa kweli, viumbe—kutia ndani mimea, wadudu, wanyama, na wanadamu—vimefanyizwa na chembe. Kwa miaka mingi, wanasayansi wamechunguza jinsi ambavyo chembe inafanya kazi na wamefunua mengi kuhusu biolojia ya molekuli na elimu ya urithi. Acheni tuchunguze chembe kwa makini zaidi na kufikiria mambo ambayo sayansi imegundua juu ya sehemu hizi ndogo sana za uhai zinazovutia.

Kuchunguza Chembe

Chembe zina maumbo tofauti-tofauti. Nyingine zina umbo la mstatili, nyingine zina umbo la mraba. Kuna chembe za mviringo, chembe zenye umbo la yai, na nyingine zisizokuwa na umbo maalumu. Fikiria amiba, kiumbe-hai chenye chembe moja kisichokuwa na umbo lolote maalumu. Badala yake, umbo lake hubadilika-badilika kinaposonga. Kwa kupendeza, kwa kawaida umbo la chembe hudokeza utendaji wake. Kwa kielelezo, chembe fulani za misuli ni ndefu na nyembamba na huwa zinajibana zinapofanya kazi. Chembe za neva—zinazowasilisha ujumbe katika mwili mzima—zina matawi marefu.

Chembe hutofautiana pia kwa ukubwa. Hata hivyo, chembe nyingi ni ndogo sana hivi kwamba haziwezi kuonwa kwa macho. Ili kutoa kielezi cha ukubwa wa chembe ya wastani, angalia nukta iliyo mwishoni mwa sentensi hii. Takriban chembe 500 zenye ukubwa wa wastani zaweza kutoshea katika nukta hiyo ndogo! Na ikiwa unafikiri hizo ni ndogo sana, ebu fikiria kwamba chembe fulani za bakteria ni ndogo zaidi mara 50. Chembe kubwa zaidi ni gani? Chembe kubwa zaidi ni kiini cha yai la mbuni—“jitu” lenye chembe moja, ambayo imekaribia kutoshana na mpira wa besiboli au wa kriketi!

Kwa kuwa chembe nyingi haziwezi kuonekana kwa macho, wanasayansi hutumia vifaa, kama vile hadubini, ili kuweza kuzichunguza.a Licha ya hivyo, sehemu fulani ndogo-ndogo zaidi za chembe bado hazieleweki kikamili. Fikiria hili: Hadubini ya elektroni inaweza kukuza ukubwa wa chembe mara zipatazo 200,000—ukubwa unaoweza kumfanya chungu aonekane akiwa na urefu wa zaidi ya meta 800. Na bado, baadhi ya sehemu ndogo-ndogo zaidi za chembe hukosa kuonekana baada ya kukuzwa hivi!

Hivyo wanasayansi wameona kwamba chembe ni tata ajabu. Katika kitabu chake The Fifth Miracle, mwanafizikia Paul Davies ataarifu hivi: “Kila chembe imejaa visehemu vidogo-vidogo ambavyo yaonekana viliundwa kwa kufuata kijitabu cha maagizo cha mhandisi. Kuna vibano, makasi, pampu, mota, nyenzo, vali, mifereji, minyororo, na hata magari mengi, vyote vikiwa vingi na vidogo sana. Bila shaka chembe si mfuko tu wa vitu. Sehemu mbalimbali huungana kufanyiza chembe moja inayotenda kazi kwa utaratibu, kama mashine iliyopangwa vyema kiwandani.”

DNA—Ile Molekuli ya Urithi

Wanadamu vilevile mimea na wanyama wenye chembe nyingi huanza kwa chembe moja. Chembe hiyo ifikiapo ukubwa fulani, hujigawa na kuwa chembe mbili. Kisha chembe hizi mbili hujigawa na kuwa chembe nne. Kadiri chembe hizo ziendeleavyo kujigawa, zinaanza kutimiza kazi hususa—yaani, zinatofautiana na kuwa chembe za misuli, chembe za neva, chembe za ngozi, na kadhalika. Utaratibu huu unapoendelea, chembe nyingi hujikusanya na kufanyiza tishu. Kwa mfano, chembe za misuli huungana ili kufanyiza tishu za misuli. Tishu mbalimbali hufanyiza viungo, kama vile moyo, mapafu, na macho.

Chini ya ngozi nyembamba ya kila chembe kuna umajimaji unaofanana na jeli unaoitwa sitoplazimu. Ndani zaidi mna kiini, ambacho kimetenganishwa na sitoplazimu kwa utando mwembamba. Kiini huitwa makao makuu ya utendaji wa chembe kwa sababu kinaelekeza karibu utendaji wote wa chembe. Ndani ya kiini mna programu ya urithi ya chembe, iliyoandikwa kwa deoxyribonucleic acid—kwa ufupi, DNA.

Molekuli za DNA hujipinda kabisa ndani ya kromosomu za chembe. Chembe zako za urithi, ambazo ni sehemu ya molekuli za DNA, hubeba habari yote inayohitajiwa ili kukufanya uwe jinsi ulivyo. “Programu ya urithi inayobebwa katika DNA hufanya kila kilicho hai kiwe tofauti na vitu vingine vilivyo hai,” chaeleza kitabu The World Book Encyclopedia. “Programu hii hufanya mbwa awe tofauti na samaki, pundamilia awe tofauti na ua la waridi, na mti uwe tofauti na nyigu. Hukufanya uwe tofauti na mtu mwingine yeyote duniani.”

Kiasi cha habari zilizo ndani ya DNA ya chembe yako moja tu chastaajabisha. Habari hiyo yaweza kujaza kurasa zipatazo milioni moja zenye ukubwa kama ukurasa huu! Kwa kuwa DNA ndiyo inayopitisha habari kutoka kwa kizazi kimoja cha chembe hadi kingine, imeitwa mpango mkuu wa uhai wote. Lakini je, DNA hufananaje?

DNA hufanyizwa na nyuzi mbili zinazopindana nazo zina umbo linalofanana na ngazi yenye vidato inayojipinda. Nyuzi hizi mbili zimeunganishwa na mchanganyiko wa misombo minne inayoitwa msingi. Kila msingi wa uzi mmoja umeunganishwa na msingi mwingine kwenye uzi wa pili. Jozi hizi za misingi hufanyiza vidato vya ngazi ya DNA inayojipinda. Mfuatano hususa wa misingi hiyo katika molekuli ya DNA ndio unaoamua habari ya urithi inayobebwa. Kwa ufupi, mfuatano huu ndio unaoamua karibu kila jambo juu yako, tokea rangi ya nywele zako hadi umbo la pua yako.

DNA, RNA, na Protini

Protini ndizo molekuli kubwa zipatikanazo kwa wingi ndani ya chembe. Imekadiriwa kwamba hizo ni zaidi ya nusu ya uzito halisi wa viumbehai vingi! Protini zimefanyizwa kwa misombo midogo inayoitwa asidi-amino. Baadhi yake hufanyizwa na mwili wako; nyingine lazima zitokane na chakula unachokula.

Protini zina kazi nyingi. Kwa mfano, kuna hemoglobini, protini ipatikanayo katika chembe nyekundu za damu, ambazo husafirisha oksijeni mwilini mwote. Kisha kuna zindiko, ambazo husaidia mwili wako kukabiliana na maradhi. Protini nyingine, kama vile insulini, hukusaidia kumeng’enya vyakula na kudhibiti pia utendaji mbalimbali wa chembe. Kwa ujumla, huenda kukawa na maelfu ya aina mbalimbali za protini mwilini mwako. Chembe moja tu inaweza kuwa na mamia ya protini!

Kila protini hutekeleza utendaji fulani hususa unaoamuliwa na chembe yake ya urithi ya DNA. Lakini, habari ya urithi katika DNA husomwaje ili protini fulani hususa ifanyizwe? Kama ionyeshwavyo katika mchoro wenye kichwa “Jinsi Protini Zinavyofanyizwa,” ni lazima habari ya urithi inayohifadhiwa katika DNA ihamishwe kutoka ndani ya kiini cha chembe na kuingia ndani ya sitoplazimu, ambamo mna ribosomu, au viwanda vya kufanyiza protini. Uhamishaji huu hutekelezwa na kiunganishi kinachoitwa ribonucleic acid (RNA). Ribosomu zilizo katika sitoplazimu “husoma” maagizo ya RNA na kisha hutokeza mfuatano unaofaa wa asidi-amino ili kufanyiza protini fulani hususa. Hivyo, kuna uhusiano wa kushirikiana kati ya DNA, RNA, na ufanyizaji wa protini.

Uhai Ulianzia Wapi?

Elimu ya urithi na biolojia ya molekuli imewakanganya wanasayansi kwa miongo mingi. Mwanafizikia Paul Davies anatilia shaka uwezekano wa kwamba Muumba ndiye aliyetokeza mambo haya yote. Ingawa hivyo, yeye akiri hivi: “Kila molekuli ina utendaji hususa na mahali pake hususa katika mpango wote hivi kwamba vitu vinavyofaa ndivyo vinavyofanyizwa. Kuna kusafiri kwingi kunakoendelea. Ni lazima molekuli zisafiri ndani ya chembe ili zikutane na nyingine mahali panapofaa na kwa wakati unaofaa ili ziweze kutekeleza kazi zake inavyofaa. Yote haya hutukia bila kuwapo kwa bwana-mkubwa anayeelekeza utendaji wa molekuli na kuzipeleka mahali panapofaa. Hakuna mwangalizi anayesimamia utendaji wao. Molekuli hufanya tu mambo ambayo molekuli zapaswa kufanya: kurukaruka bila utaratibu wowote, kugongana, kudundadunda, kukumbatiana. . . . Kwa njia fulani, na kwa pamoja, atomu hizi zisizokuwa na ufahamu huungana katika kucheza dansi ya uhai kwa utaratibu wa hali ya juu sana.”

Wakiwa na sababu nzuri, watu wengi ambao wamechunguza utendaji ndani ya chembe wamekata kauli kwamba ni lazima kuwe na mtu mwenye akili aliyeumba chembe hii. Acheni tuone sababu.

[Maelezo ya Chini]

[Sanduku/Mchoro katika ukurasa wa 5]

Kuchunguza Ndani ya Chembe

Ndani ya kila chembe mna kiini—makao makuu ya utendaji wa chembe. Ndani ya kiini mna kromosomu, ambazo zimefanyizwa kwa molekuli za DNA zilizojipinda sana na protini. Chembe zetu za urithi ziko katika molekuli hizi za DNA. Ribosomu, ambazo hutengeneza protini, ziko katika sitoplazimu ya chembe, iliyo nje ya kiini.

[Mchoro]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Chembe

Ribosomu

Sitoplazimu

Kiini

Kromosomu

DNA—ile ngazi ya uhai

[Mchoro katika ukurasa wa 7]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Jinsi DNA Inavyojigawa

Kwa kusudi la kuifanya ieleweke kwa urahisi, nyuzi za DNA zenye kujipinda zimenyooshwa

1 Kabla chembe hazijajigawa ili kutokeza kizazi cha chembe kinachofuata, ni lazima zijigawe (zifanye nakala ya) DNA. Kwanza, protini husaidia kufumua sehemu za DNA yenye nyuzi mbili

Protini

2 Kisha, kwa kufuata sheria kali za muungano kwenye misingi, misingi iliyo huru (inayopatikana) katika chembe huungana pamoja na misingi inayolingana nayo kwenye nyuzi mbili za kwanza

Misingi huru

3 Hatimaye, nakala mbili za DNA hufanyizwa. Kwa hiyo, chembe inapojigawa, kila chembe mpya hupokea habari ileile ya DNA

Protini

Protini

Sheria za muungano wa misingi ya DNA:

Sikuzote A huungana na T

A T Thymine

T A Adenine

Sikuzote C huungana na G

C G Guanine

G C Cytosine

[Mchoro katika ukurasa wa 8, 9]

(Ona mpangilio kamili katika nakala iliyochapishwa)

Jinsi Protini Zinavyofanyizwa

Ili ieleweke kwa urahisi, tunatoa kielezi cha protini ambayo imefanyizwa kwa asidi-amino 10. Protini nyingi zina zaidi ya amino asidi 100

1 Protini ya pekee hufunua sehemu ya nyuzi za DNA

Protini

2 Misingi huru ya RNA huungana na misingi iliyo wazi ya DNA kwenye uzi mmoja peke yake, na hilo hutokeza uzi wa RNA unaopeleka ujumbe

Misingi huru ya RNA

3 RNA yenye kupeleka ujumbe ambayo imetoka kufanyizwa huachana na DNA na kuelekea kwenye ribosomu

4 RNA ya kuhamisha hubeba asidi-amino moja na kuipeleka kwenye ribosomu

RNA inayohamisha

Ribosomu

5 Mnyororo wa asidi-amino huunganishwa pamoja wakati ribosomu inapopitia RNA inayopeleka ujumbe

Asidi-amino

6 Mnyororo wa protini unaofanyizwa huanza kujikunja katika umbo linalofaa ili kutekeleza kazi inavyofaa. Kisha mnyororo huo huachiliwa na ribosomu

RNA ya kuhamisha ina sehemu mbili muhimu:

Sehemu moja hutambua uzi wa RNA unaopeleka ujumbe

Sehemu nyingine hubeba asidi-amino inayofaa

RNA ya kuhamisha

Misingi ya RNA hutumia U badala ya T, kwa hiyo U huungana na A

A U Uracil

U A Adenine

Uhai Ulianzaje?

MOLEKULI ya DNA hutekeleza mambo ya kustaajabisha. DNA hutimiza mambo mawili yanayohitajiwa na chembe zako katika kufanyiza visehemu vya urithi. Kwanza, DNA hunakiliwa sawasawa ili habari iweze kupitishwa kutoka kwa chembe moja hadi nyingine. Pili, mfuatano wa DNA husaidia chembe kujua aina ya protini itakayofanyiza, na hivyo kuamua chembe hiyo itakuwa ya aina gani na kazi itakayofanya. Hata hivyo, DNA haitekelezi kazi hizi bila msaada. Protini nyingi za kipekee huhusika.

DNA peke yake haiwezi kutokeza uhai. Ina maagizo yote yanayohitajiwa ili kufanyiza protini zote zinazohitajiwa na chembe hai, kutia ndani zile zinazonakili DNA kwa ajili ya kizazi kingine cha chembe na zile zinazosaidia DNA kufanyiza protini mpya. Ingawa hivyo, habari chungu nzima iliyohifadhiwa katika chembe za urithi za DNA ni bure pasipo RNA na protini za kipekee, zinazotia ndani ribosomu, zinazohitajiwa ili “kusoma” na kutumia habari hiyo.

Wala protini peke yake haziwezi hutokeza uhai. Protini iliyo peke yake haiwezi kutokeza chembe ya urithi iliyo na maagizo ya kufanyiza protini za aina ileile.

Kwa hiyo, kufumbua fumbo la uhai kumeonyesha nini? Elimu ya kisasa ya chembe za urithi na biolojia ya molekuli imetoa uthibitisho wa kutosha wa uhusiano ulio tata sana wenye kutegemeana kati ya DNA, RNA, na protini. Matokeo haya yanaonyesha kwamba uhai hutegemea kuwapo kwa elementi hizi zote kwa wakati mmoja. Hivyo, uhai haungeweza kamwe kutokea tu ghafula kwa nasibu.

Maelezo pekee yanayopatana na akili ni kuwa Muumba mwenye akili sana aliweka maagizo katika DNA na wakati uleule akifanyiza protini zilizo kamili. Utendeano huo ulibuniwa kwa njia bora hivi kwamba mara tu baada ya kubuniwa, utendaji huu ungehakikisha kwamba protini zingeendelea kunakili DNA na kutokeza chembe zaidi za urithi, huku protini nyingine zikifasiri chembe hizi za urithi ili kufanyiza protini zaidi.

Kwa wazi, utaratibu huu wa uhai wenye kustaajabisha ulianzishwa na Mbuni Mkuu, Yehova Mungu.

Tumeumbwa kwa Njia ya Ajabu

Ijapokuwa Biblia si kitabu cha kisayansi, inafunua mambo fulani kuhusu fungu la Muumba, aliyebuni maagizo ya uhai. Miaka elfu tatu hivi iliyopita, Mfalme Daudi wa Israeli, asiyejua lolote juu ya maendeleo ya kisasa katika utafiti wa urithi, alimwimbia hivi Muumba wake kwa lugha ya kishairi: “Ni wewe ndiwe uliyeumba mtima wangu, na kuniunganisha pamoja tumboni mwa mama yangu; ninakushukuru kwa sababu ya maajabu haya yote: kwa sababu ya umbo langu la ajabu, kwa sababu ya maajabu ya kazi zako. Unanijua kabisa, kwa kuwa uliona mifupa yangu ikiumbika nilipokuwa nikiumbwa kwa siri, nikishikanishwa pamoja ndani ya tumbo la uzazi.”—Zaburi 139:13-15, Jerusalem Bible.

Hebu jiangalie sana katika kioo kwa muda tena. Angalia rangi ya macho yako, umbile la nywele zako, rangi ya uso wako, na umbo la ujumla la mwili wako. Fikiria jinsi mambo hayo yalivyorithiwa kutoka kwa vizazi vilivyopita na jinsi yanavyopitishwa kwa uzao wako. Sasa, fikiria Yule aliyepanga utaratibu huu wa kustaajabisha. Huenda ukasukumwa kurudia maneno yaliyoandikwa na mtume Yohana: “Wewe wastahili, Yehova, naam, Mungu wetu, kupokea utukufu na heshima na nguvu, kwa sababu uliumba vitu vyote, na kwa sababu ya mapenzi yako vilikuwako na vikaumbwa.”—Ufunuo 4:11.

[Sanduku/Picha katika ukurasa wa 10]

Je, Ilitokana na Nasibu Tu?

Uchunguzi uliofanywa hivi karibuni na wanasayansi wawili Waingereza unathibitisha kwamba msimbo wa urithi haukutokana na nasibu bila utaratibu maalum. “Uchunguzi wao umeonyesha kwamba [msimbo wa chembe za urithi] ni mojawapo ya misimbo bora kati ya mabilioni ya misimbo inayoweza kuwapo,” lasema gazeti New Scientist. Ni msimbo mmoja tu kati ya misimbo ya chembe za urithi takriban 10²⁰ (1 ikifuatwa na sufuri 20) inayoweza kuwapo, uliochaguliwa mapema sana katika historia ya uhai. Mbona huu msimbo mahususi ukachaguliwa? Kwa sababu unapunguza kasoro zinazozuka wakati wa utengenezaji wa protini au kasoro zinazosababishwa na mabadiliko ya chembe za urithi. Yaani, msimbo huu hususa wa chembe za urithi unahakikisha kwamba sheria za urithi zinafuatwa kabisa. Ijapokuwa watu fulani hudai kwamba kuchaguliwa kwa msimbo huu kulitokana na “misongo yenye nguvu ya kuchagua,” watafiti hao wawili wamekata kauli kwamba “ni jambo lisilowezekana kabisa kwamba msimbo huu bora ulitokana na nasibu.”