تخيل صورة لأجدادك وأجدادك وآبائك جنبًا إلى جنب. قد ترى تشابهًا، لكن كل جيل سيبدو مختلفًا عن أسلافه. هذه هي عملية التطور في أبسط صورها: النسب مع التعديل.
على مدى أجيال عديدة، من الممكن حدوث قدر مذهل من التعديل. هكذا ظهر تنوع الحياة على الأرض.
ومع ذلك، فقد أسيء فهم هذه الفكرة منذ فترة طويلة باعتبارها مسارًا يؤدي في اتجاه واحد نحو كائنات “أعلى” أو “أفضل”. على سبيل المثال، يُظهِر الرسم التوضيحي الشهير “الطريق إلى الإنسان العاقل” الذي رسمه رودولف زالينجر عام 1965 بعنوان “الطريق إلى الإنسان العاقل” البشر وهم يتطورون بطريقة تدريجية من أسلاف شبيهين بالقردة إلى الإنسان الحديث.
ومن خلال توسيع هذا المنظور إلى ما هو أبعد من البشر، دعمت نظريات علم الحفريات المبكرة حول الحياة القديمة فكرة التكوّن التقويمي، أو “التطور التدريجي”، حيث يتقدم كل جيل من السلالة نحو أشكال أكثر تطورًا أو تحسينًا.
لكن التطور ليس له خط نهاية. ليس هناك هدف نهائي، ولا حالة نهائية. تتطور الكائنات الحية عن طريق الانتقاء الطبيعي الذي يعمل في لحظة جيولوجية محددة، أو ببساطة عن طريق الانجراف دون اختيار قوي في أي اتجاه.
في دراسة نشرت مؤخرًا أجريتها مع ماكاله سميث، الذي كان آنذاك باحثًا متدربًا في جامعة هارفارد بتمويل من مؤسسة العلوم الوطنية، سعينا إلى دراسة ما إذا كان النموذج أحادي الاتجاه للتطور الإنجابي ينطبق دائمًا على النباتات. بل على العكس من ذلك، وجدنا أنه في العديد من أنواع السرخس ــ وهي واحدة من أقدم مجموعات النباتات على وجه الأرض ــ كان تطور استراتيجيات التكاثر عبارة عن طريق ذو اتجاهين، حيث تتطور النباتات في بعض الأحيان “إلى الوراء” إلى أشكال أقل تخصصا.
مسار التطور ليس خطيا
يمكن أن تتغير ضغوط الانتقاء في نبضة قلب وتوجه التطور في اتجاهات غير متوقعة.
خذ الديناصورات والثدييات، على سبيل المثال. لأكثر من 150 مليون سنة، مارست الديناصورات ضغطًا انتخابيًا قويًا على الثدييات الجوراسية، التي كان عليها أن تظل صغيرة وتعيش تحت الأرض لتجنب تعرضها للصيد حتى الانقراض.
ثم، منذ حوالي 66 مليون سنة، قضى كويكب تشيككسولوب على معظم الديناصورات غير الطائرة. وفجأة، تحررت الثدييات الصغيرة من ضغط الاختيار المفترس القوي، وأصبح بإمكانها العيش فوق سطح الأرض، وتتطور في النهاية إلى أشكال أكبر، بما في ذلك البشر.
كانت النباتات الوعائية الأولى – تلك التي تحتوي على أنسجة يمكنها نقل الماء والمعادن في جميع أنحاء النبات – تحتوي على هياكل شبيهة بالجذع عديمة الأوراق تسمى التيلومات، مع وجود كبسولات في أطرافها تسمى sporangia التي تنتج الجراثيم. قامت التيلومات بالوظيفتين الكبيرتين للنباتات: تحويل ضوء الشمس إلى طاقة من خلال عملية التمثيل الضوئي وإطلاق الجراثيم لإنتاج نباتات جديدة.
تظهر السجلات الأحفورية أنه مع مرور الوقت، طورت النباتات هياكل أكثر تخصصًا تقسم هذه الوظائف الإنجابية والتمثيل الضوئي. وبالانتقال عبر سلالات النباتات، من النباتات الذئبية الحاملة للأبواغ إلى السرخس إلى النباتات المزهرة، يصبح التكاثر أكثر تخصصًا. في الواقع، غالبًا ما يتم تصوير الزهرة على أنها الهدف النهائي للتطور النباتي.
في جميع أنحاء المملكة النباتية، بمجرد أن تطورت الأنواع هياكل تكاثرية مثل البذور والأقماع والزهور، فإنها لم تعود إلى أشكال أبسط وغير متمايزة. يدعم هذا النمط الزيادة التدريجية في التعقيد الإنجابي. لكن السرخس استثناء مهم.
تتطور، ولكن ليس دائما إلى الأمام
السرخس لديها استراتيجيات إنجابية متعددة. تجمع معظم الأنواع بين تطور الجراثيم والتمثيل الضوئي على نوع ورقة واحدة – وهي استراتيجية تسمى أحادية الشكل. ويفصل آخرون بين هذه الوظائف للحصول على نوع واحد من الأوراق لعملية التمثيل الضوئي ونوع آخر للتكاثر – وهي استراتيجية تسمى إزدواج الشكل.
إذا كانت أنماط التخصص التي تظهر على نطاق واسع عبر النباتات عالمية، فإننا نتوقع أنه بمجرد أن تتطور سلالة من السرخس إلى ازدواج الشكل، فإنها لن تتمكن من تغيير مسارها والعودة إلى أحادية الشكل. ومع ذلك، باستخدام مجموعات التاريخ الطبيعي والخوارزميات لتقدير التطور في السرخس، وجدت أنا وسميث استثناءات لهذا النمط.
داخل عائلة تعرف باسم السرخس المتسلسل (Blechnaceae)، وجدنا حالات متعددة طورت فيها النباتات ازدواج الشكل المتخصص للغاية، ولكنها عادت بعد ذلك إلى الشكل الأكثر عمومية للأحادية الشكل.
نقص البذور يعطي السرخس المرونة
لماذا قد يكون للسراخس مثل هذه الاستراتيجيات الإنجابية المرنة؟ الجواب يكمن في ما يفتقرون إليه: البذور والزهور والفواكه. وهذا ما يميزها عن أكثر من 350 ألف نوع من النباتات البذرية التي تعيش على الأرض اليوم.
تخيل أنك أخذت ورقة سرخس خصبة، وقمت بتقليصها ولفها بإحكام في حبة صغيرة. هذا هو في الأساس ما هي البذرة غير المخصبة – ورقة سرخس ثنائية الشكل معدلة للغاية، في كبسولة.
البذور هي مجرد بنية واحدة متخصصة للغاية في مجموعة من السمات التكاثرية، كل منها يعتمد على الآخر، مما يخلق شكلاً محددًا للغاية بحيث يصبح عكسه مستحيلًا تقريبًا. ولكن نظرًا لأن السرخس الحية لا تحتوي على بذور، فيمكنها تعديل المكان الذي تضع فيه الهياكل المنتجة للجراثيم على أوراقها.
تشير النتائج التي توصلنا إليها إلى أنه ليس كل التخصص الإنجابي في النباتات لا رجعة فيه. وبدلاً من ذلك، قد يعتمد الأمر على عدد طبقات المصانع المتخصصة التي اكتسبتها بمرور الوقت.
في عالم اليوم سريع التغير، فإن معرفة أي الكائنات الحية أو السمات “المحتجزة” قد يكون أمرًا مهمًا للتنبؤ بكيفية استجابة الأنواع للتحديات البيئية الجديدة والتغيرات في الموائل التي يفرضها الإنسان.
قد تفتقر الكائنات الحية التي تطورت عبر مسارات “أحادية الاتجاه” إلى المرونة اللازمة للاستجابة لضغوط الاختيار الجديدة بطرق معينة، ويتعين عليها اكتشاف استراتيجيات جديدة للتغيير. وفي سلالات مثل السرخس، قد تحتفظ الأنواع بقدرتها على “التطور إلى الوراء”، حتى بعد التخصص.
في نهاية المطاف، تؤكد دراستنا على درس أساسي في علم الأحياء التطوري: لا يوجد اتجاه “صحيح” في التطور، ولا مسيرة نحو هدف نهائي. تشبه المسارات التطورية شبكات متشابكة، حيث تتباعد بعض الفروع، ويتقارب بعضها الآخر، بل إن بعضها يلتف حول نفسه.
تم إعادة نشر هذا المقال من The Conversation، وهي منظمة إخبارية مستقلة غير ربحية تقدم لك حقائق وتحليلات جديرة بالثقة لمساعدتك على فهم عالمنا المعقد. كتب بواسطة: جاكوب س. سويسا، جامعة تينيسي
اقرأ المزيد:
تلقى جاكوب س. سويسا تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم. وهو تابع لشركة Let's Botanize, Inc.