عادة ما يفكر الناس في التطور باعتباره عملية خطية، حيث يتواجد باستمرار القول المأثور الكلاسيكي “البقاء للأصلح” داخل النوع الواحد. تنشأ طفرات جديدة في الحمض النووي وتنتقل من الآباء إلى الأبناء. إذا ثبت أن أي تغييرات جينية مفيدة، فقد تمنح هؤلاء الصغار ميزة البقاء على قيد الحياة.
على مدى فترة طويلة من الزمن – من خلال الإغلاق البطيء لجسر بري هنا أو صعود سلسلة جبال هناك – انقسمت الأنواع في نهاية المطاف. إنهم يستمرون في التطور ببطء على طول مساراتهم الخاصة مع طفراتهم الفريدة. هذه هي العملية التي خلقت على مدى الـ 3.5 مليار سنة الماضية ملايين الفروع في شجرة الحياة التطورية.
ومع ذلك، تكشف بيانات تسلسل الجينوم الجديدة عن تطور غير متوقع في هذه القصة التطورية الطويلة. وتبين أن الحدود بين الأنواع الموجودة على فروعها الخاصة بهذه الشجرة أكثر نفاذية قليلاً مما كان يعتقد سابقًا. وبدلا من انتظار طفرات جديدة لحل مشكلة معينة، فإن التهجين بين الأنواع المختلفة يمكن أن يقدم مزايا وراثية جاهزة.
كشف قصة الحياة، جينومًا واحدًا في كل مرة
المؤلف مع نقشارة حمراء الوجه (كارديلينا روبيفرونس)، أحد أنواع نقشارة الخشب المشمولة في الدراسة. كيفن بينيت
كعالم أحياء تطوري، كنت أدرس القصص المكتوبة في جينومات الحيوانات لأكثر من عقدين من الزمن. أركز في الغالب على الطيور المغردة الملونة التي تسمى طيور النقشارة الخشبية والتي تنحدر من أمريكا الشمالية والوسطى والجنوبية. هناك ما يقرب من 115 نوعًا في المجمل، وهي تأتي في مجموعة مبهرة من الألوان الزاهية.
قد تكون بعض هذه الطيور مألوفة بالنسبة لك، مثل نقشارة بلاكبيرن الرائعة (سيتوفاجا فوسكا) والتي تضيء قمم أشجار الصنوبر في الغابات الشرقية للولايات المتحدة وكندا خلال فصلي الربيع والصيف. قد تكون أنواع أخرى من طيور الدخلة أقل شهرة، مثل طائر الدخلة ذو الرأس الوردي (كارديلينا المبرقشة) والتي تعيش فقط في مرتفعات غواتيمالا وجنوب المكسيك.
تمت كتابة قصة طيور النقشارة في العالم الجديد هذه خلال العشرة ملايين سنة الماضية أو نحو ذلك – وهي حديثة نسبيًا من الناحية التطورية. إنهم جميعًا، في الواقع، “جيران تطوريون”، يجلسون بجانب بعضهم البعض على أطراف تاج شجرة الحياة. في أحدث عمل لفريقي، بقيادة عالم الأحياء التطوري كيفن بينيت، قمنا بجمع كمية هائلة من البيانات من جينومات طيور النقشارة ــ أكثر من 2 تريليون زوج أساسي، من كل أنواع طيور النقشارة تقريبًا ــ لمعرفة المزيد عن تاريخها التطوري.
لقد وجدنا أن بعض الأنواع قد قفزت بشكل غير متوقع فوق العقبات التطورية من خلال تقاسم الحلول للمشاكل التطورية. نحن نتعلم الآن من هذا النوع من البيانات أن الأنواع ليست مجرد صوامع تطورية رأسية، كما كنا نظن سابقًا. وبدلاً من ذلك، هناك المزيد من “الأحاديث المتبادلة” الأفقية بين فروع الشجرة التطورية.
تنضم هذه الطيور المغردة الآن إلى فراشات الأمازون، والأسماك البلطية في أفريقيا، بالإضافة إلى سلالتنا البشرية، كنماذج لعملية المشاركة التطورية هذه.
الفراخ في منطقة هجينة بين الأجنحة الذهبية (فيرميفورا كريسوبتيرا) والطيور المغردة ذات الأجنحة الزرقاء (V. سيانوبتيرا). يمكن للكتاكيت الهجينة التي تنمو حتى تصل إلى “التهجين الخلفي” مع أحد الأنواع الأم أن تُدخل جينات جديدة إلى المزيج السكاني. أبيجيل فالين
كيف تحدث المشاركة التطورية فعليًا؟
يحدث التقاسم الجيني بين الجيران التطوريين من خلال الهجينة: النسل الناتج عندما يتزاوج أفراد من نوعين. وتشمل الهجينة الشهيرة ذرية بين الدببة القطبية والدببة الرمادية – التي تسمى بمودّة الدببة “الدببة” – وكذلك البغال، وذرية الخيول والحمير.
ولكن على عكس البغال، التي تكون عقيمة ولا يمكنها التكاثر، في حالات هجينة النقشارة الطبيعية، نعتقد أن هذه النسل النادر يمكنه أحيانًا “التهجين العكسي”: فهو يتكاثر مع أحد الأنواع الأبوية، مما يؤدي في النهاية إلى نقل الجينات عبر حدود الأنواع. هذه الهجينة هي القناة الجينية التي يتم من خلالها مشاركة الجينات عبر فروع الشجرة التطورية.
لكن ألسنا نعلم جميعًا في صف علم الأحياء أن الأنواع لا يمكنها التزاوج مع الأنواع الأخرى؟ أليس هذا ما يساعد على تحديد النوع؟
في الواقع، علم الأحياء دائمًا له استثناءاته وحوافه الغامضة. وهذا أحدها: الأنواع تنتج من عملية الانتواع التدريجية جدًا، والتي تستغرق عادةً ملايين السنين. إن الصناديق التصنيفية التي نحب أن نضعها نحن البشر حول “الأنواع” لا تلتقط عادة الحدود الضبابية حول الأنساب في وقت مبكر من هذه العملية الطويلة، عندما لا يزال بإمكان النباتات والحيوانات المتميزة أن تتزاوج فيما بينها.
في الواقع، لقد وصف مختبري العديد من الأنواع الهجينة بين الأنواع والهجينة في طيور النقشارة، بما في ذلك نوع واحد على الأقل نشأ من كليهما. لقد حددنا أيضًا “مناطق هجينة” بين الأنواع ذات الصلة الوثيقة جدًا، حيث يتفشى التهجين.
وإذا كانت الجينات الموجودة داخل هذه الهجينة مفيدة للأنواع المتلقية، فسوف تنتشر – تمامًا مثل طفرة جديدة مفيدة تنتقل إلى النسل. في هذه الحالة، لا يقتصر الأمر على طفرة واحدة فقط، بل يمكن أن يكون مجموعة جديدة تمامًا من الطفرات في جينات متعددة.
الجينات المشتركة تحل “المشكلات التطورية”
يُظهر أحدث عملنا على طيور النقشارة الخشبية أن الحلول التطورية التي تشاركها مرتبطة بألوانها.
في هذه العائلة من الطيور، حددنا سابقًا الجينات المرتبطة بتلوينها المعتمد على الكاروتينات. تمنح أصباغ الكاروتينويد الطيور ريشها البرتقالي والأصفر والأحمر اللامع، وهي الألوان التي تتجسد في طائر المغرد الأصفر الذي يحمل اسمًا مناسبًا. لكن الطيور، مثل جميع الفقاريات، لا تستطيع تصنيع أصباغ الكاروتينويد بمفردها. إنهم بحاجة إلى الحصول على الكاروتينات من نظامهم الغذائي ثم معالجتها كيميائيًا.
لكن يبدو أن معالجة الكاروتينات تمثل عقبة تطورية لم تتمكن جميع الطيور من قفزها، وهي مشكلة يصعب حلها إلى حد ما. يُظهر تسلسل الجينوم الخاص بنا أن هذه الطيور المغردة لديها جينات كاروتينويد مشتركة أكثر من الجينات المشتركة الأخرى في الجينوم الخاص بها، ومن المحتمل أن تعمل الإصدارات المختلفة من جينات معالجة الكاروتينويد على تحسين لياقة المتلقي.
أحد جينات معالجة الكاروتينات يسمى بيتا كاروتين أوكسيجيناز 2، أو BCO2، تمت مشاركتها عدة مرات ضمن هذه العائلة الواحدة من الطيور. علاوة على ذلك، BCO2 يبدو أنه يحظى بشعبية كبيرة لدرجة أنه يظهر مشاركة من الدرجة الثانية: الانتقال من نوع إلى آخر، ثم إلى نوع ثالث.
علامة الجودة على دائرة التزاوج
أعتقد أنا وزملائي أن هذه الجينات تحظى بشعبية كبيرة لأن ذكور طيور النقشارة تستخدم هذه الألوان الكاروتينية لجذب الإناث التي لديها عين مميزة. تحصل ذكور الطيور على الكاروتينات من الحشرات التي تأكلها. والفكرة هي أنه كلما كان الذكر أكثر ملونًا، كلما زادت جودة نظامه الغذائي.
من جميع أنحاء الغابة، تشير الألوان الغنية بالكاروتينات لدى الذكور إلى أنهم سيكونون آباء جيدين بجينات جيدة. يطلق علماء الأحياء على هذا النوع من العرض اسم “الإشارة الصادقة”. وإذا حصل الذكور على جين جديد يسمح لهم بمعالجة الكاروتينات بشكل أكثر كفاءة، فمن المرجح أن ينتشر بشكل أسرع وأبعد في الأنواع، حيث من المحتمل أن يحقق الذكور الأكثر ذكاءً نجاحًا أكبر في التزاوج.
يوضح بحثنا مع طيور النقشارة كيف يمكن للتطور أن يخلط الجينات عبر الخطوط الرفيعة بين الأنواع. أحيانًا يتشارك هؤلاء الجيران التطوريون في الحمض النووي، بما في ذلك الطفرات المفيدة، عن طريق التزاوج عبر خطوط الأنواع التي تحددها أنظمة التصنيف البشرية.
ونعتقد أنه كلما بحثنا أكثر، كلما وجدنا هذا النوع من الاقتراض بين الجيران التطوريين. عندما نكشف النقاب عن القصص التي يتم سردها في جينومات الأشخاص الذين يحلون المشكلات في الطبيعة، فمن المحتمل أن نجد أن خيوطهم متشابكة بعمق.
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: ديفيد تويز، ولاية بنسلفانيا
اقرأ المزيد:
يعمل ديفيد تويز في جامعة ولاية بنسلفانيا. يتلقى تمويلًا من المؤسسة الوطنية للعلوم.