قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
لن تعرف ذلك من خلال النظر إليها، لكن بعض النباتات تحتوي على حمض نووي أكثر بكثير من غيرها. وربما الأمر الأكثر إثارة للحيرة هو أن بعضها يمتلك أكثر بكثير من معظم الحيوانات، بما في ذلك البشر. والآن، يكشف العلماء عن أمثلة أكثر تطرفًا لظاهرة الجينوم العملاق هذه، على الرغم من أن وجودها لا يزال لغزًا.
حدد بحث جديد أكبر جينوم معروف لأي كائن حي في نبات السرخس المتواضع الموجود في كاليدونيا الجديدة، وهي سلسلة جزر في جنوب المحيط الهادئ. ويحتوي النبات النادر على 160 مليار زوج قاعدي، وهي الوحدات المزدوجة التي تشكل خيوط الحمض النووي، وفقًا للدراسة. وبالمقارنة، فإن الجينوم البشري يتكون من 3 مليارات فقط.
قال عالم الأحياء التطوري جاومي بيليسر، الباحث في معهد النباتات الإسباني في برشلونة والمؤلف المقابل للدراسة التي نشرت في 31 مايو في مجلة الخلية: “الأشياء الصغيرة المتواضعة يمكن أن تخفي أحد أكثر الأسرار المذهلة في الداخل”.
الجينومات الضخمة نادرة أيضًا. وفقًا لبيليسر، من بين 12000 أو نحو ذلك من الجينومات النباتية الموثقة، جميعها باستثناء ستة منها هي على الأقل أصغر حجمًا من تلك الموجودة في نبات السرخس الشوكي، المسمى Tmesipteris oblanceolata، الموصوف في الورقة.
وقال بيليسر: “إن حدود علم الأحياء لا تزال بحاجة إلى الكشف عنها”. يجب أن يعرف – فهو يستمر في الكشف عنها.
قبل هذه الدراسة، كان أكبر جينوم معروف لأي فطر أو نبات أو حيوان ينتمي إلى زهرة باريس جابونيكا، التي تحمل 149 مليار زوجًا أساسيًا (أزواج جيجا قاعدة، أو Gbp).
كان بيليسر جزءًا من الفريق الذي كشف عن اكتشاف P. japonica في دراسة أجريت في سبتمبر 2010. كما شارك في تأليف ورقة بحثية في مايو 2017 تفترض لماذا يمكن أن يكون 150 جيجابت في الثانية هو الحد الأعلى لأحجام الجينوم. والآن أثبت أنه على خطأ.
وقال بيليسر: “إن الاهتمام الرئيسي لهذا المشروع ليس العثور على سجل لحجم الجينوم في النباتات، بصراحة”. “نريد التحقيق في حالات مختلفة من العملقة الجينومية.”
ومن المعروف أن السرخس لديها جينومات متكررة على نطاق واسع. بعد تحليل العينات ذات الصلة من نيوزيلندا وتسمانيا، ركز بيليسر على نبات السرخس الشوكي في كاليدونيا الجديدة باعتباره هدفًا مثيرًا للاهتمام للدراسة.
في مايو 2023، جمع هو وفريقه عينات من النبات الصغير في البرية وأعادوها إلى المختبر، حيث قارنوا جينوم السرخس مع الأنواع ذات حجم الجينوم المعروف.
قد تكون كمية الحمض النووي في الجينوم العملاق للسرخس الشوكي أكبر بـ 50 مرة من تلك الموجودة في الإنسان، لكن هذا لا يجعل السرخس أكثر تعقيدًا أو يعني أنه يحتوي على المزيد من الجينات. ويقدر بيليسر أن حوالي 1% فقط من جينومه عبارة عن جينات تشفر البروتينات. والباقي عبارة عن تسلسلات متكررة غير وظيفية اعتبرت منذ فترة طويلة “حمضًا نوويًا خردة”، على الرغم من أن العلماء يعرفون الآن أنها ليست خردة في الواقع. يمكن أن يؤثر الكثير من تلك الرطانة الوراثية على كيفية عمل الجينات.
إن كيفية قيام السرخس بتجميع هذا العدد الكبير من الأزواج الأساسية لا يزال لغزًا لم يتم حله. ما يمكن أن يكون مؤثرًا، وفقًا لبيليسر، هو مزيج من تعدد الصبغيات المتفشي – أو وجود أكثر من مجموعتين من الكروموسومات، وهو أمر شائع في النباتات، ولكن ليس في الحيوانات – وتراكم تسلسلات الحمض النووي غير المشفرة القادرة على تكرار نفسها والتحرك حول الجينوم.
قال فيرن: “السؤال الأكثر إثارة للاهتمام الذي لم تتمكن الدراسة بطبيعته من الإجابة عليه هو لماذا أصبح (الجينوم) بهذا الحجم، وكيف تكون السرخس، على وجه التحديد، قادرة على التعامل مع عواقب وجود مثل هذا الجينوم الكبير غير الضروري”. الخبير إريك شويتبلز، عالم نبات أبحاث وأمين في قسم علم النبات بمعهد سميثسونيان. ولم يتعاون في هذا البحث. “يبدو أن السرخس سيئة للغاية في التخلص من الحمض النووي المتكرر والكروموسومات الإضافية.”
الجينومات كبيرة الحجم ليست مفيدة، كما اتضح. ويوضح الخبراء أن عملاقة الجينوم، أو سمنة الجينوم، غير فعالة للغاية. يتطلب الأمر الكثير من الطاقة والمواد المغذية لإنتاج الكثير من الحمض النووي. تحتوي معظم النباتات على جينومات أصغر بكثير، مما يسمح لها بالتكاثر بشكل أسرع وإنتاج المزيد من النسل والتكيف بسرعة أكبر مع البيئة. وقال شويتبلز إن الاضطرار إلى نسخ مثل هذه الكمية الكبيرة من المواد الجينية في كل مرة تنقسم فيها الخلية، “إنه أمر جنوني”.
وقال ديفيد باوم، أستاذ علم النبات في جامعة ويسكونسن ماديسون، الذي لم يشارك في الدراسة، إنه من المحير كيف يمكن للنباتات التي تحتوي على مثل هذه الجينومات غير العملية أن تستمر في البقاء.
يعتقد بيليسر وزملاؤه أن حجم الجينوم قد يؤثر على فرص انقراض النبات. يركز الفريق حاليًا على الأبحاث التي تشير إلى أن الأنواع النباتية ذات الجينومات الكبيرة ممثلة بشكل زائد في القائمة الحمراء للاتحاد الدولي للحفاظ على الطبيعة للنباتات المهددة، وتحليل ما إذا كان حجم الجينوم يمكن أن يساعد دعاة حماية البيئة في تحديد النباتات التي يحتمل أن تكون معرضة للخطر.
هل يمكن أن يكون هناك نبات بجينوم أكبر من نبات السرخس الشوكي؟ ربما.
وقال بيليسر: “لن ألعب بالحدود البيولوجية بعد الآن”. “من المفترض أن يتم كسرهم.”
أماندا شوباك صحفية علمية وصحية في مدينة نيويورك.
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com