در جنگل‌های انبوه آمریکای مرکزی و جنوبی، پدیده‌ای عجیب رخ می‌دهد؛ صدها گونه مختلف پروانه — که بیشترشان ظاهری تقریباً یکسان دارند — در میان درختان پرواز می‌کنند، در حالی که با رنگ‌ها و الگوهای مشابه به شکارچیان هشدار می‌دهند که سمی هستند.
اما اگر همه این پروانه‌ها شبیه هم به نظر می‌رسند، پس چطور جفت مناسب برای تولید مثل را پیدا می‌کنند؟ تحقیقات جدید نشان می‌دهد که این پروانه‌ها توانایی «بوییدن» یکدیگر را دارند.
DNA، رایحه و شناسایی میان پروانه‌های شبه‌هم
تفاوت نامرئی در رایحه
حتی در میان گونه‌هایی که از لحاظ ظاهری تقریباً یکسان‌اند، هرکدام بوی منحصر‌به‌فردی تولید می‌کنند. این تفاوت بسیار جزئی در ترکیب شیمیایی است که آن‌ها را از یکدیگر متمایز می‌کند.
ژنتیک پروانه‌های شیشه‌ای (Glasswing)
رهبری پژوهش توسط مؤسسه Wellcome Sanger
این تحقیق توسط گروهی بین‌المللی از دانشمندان و به رهبری مؤسسه Wellcome Sanger انجام شده است.
آن‌ها توالی ژنوم ده‌ها گونه از پروانه‌های شیشه‌ای را بررسی کردند، به‌ویژه دو گروه که به‌خاطر سرعت بالای گونه‌زایی شهرت دارند.
گونه‌های متنوع و فراوان
پروانه‌های شیشه‌ای نادر نیستند. بیش از ۴۰۰ گونه از آن‌ها در آمریکای مرکزی و جنوبی وجود دارد و بسیاری از آن‌ها در یک زیستگاه زندگی می‌کنند.
این پروانه‌ها به‌عنوان «گونه‌های شاخص» در حفاظت زیست‌محیطی به کار می‌روند، چراکه حضور آن‌ها نشان‌دهنده سلامت کلی اکوسیستم حشرات است.
راهبرد تقلیدی پروانه‌های شبیه به هم
شبیه بودن به‌عنوان راهی برای بقا
تقریباً همه پروانه‌های شیشه‌ای ظاهری بسیار مشابه دارند — و این تصادفی نیست. این یک راهبرد دفاعی است برای هشدار دادن به شکارچیان که آن‌ها سمی‌اند.
اما این تقلید، اگرچه آن‌ها را از خطر محافظت می‌کند، دانشمندان را در شناسایی و پایش آن‌ها در طبیعت با چالش مواجه کرده است.
کشف گونه‌های جدید
با تجزیه و تحلیل ژنتیکی، تیم تحقیقاتی دریافت که ۶ زیرگونه در واقع آن‌قدر با یکدیگر تفاوت دارند که می‌توان آن‌ها را به‌عنوان گونه‌های مجزا طبقه‌بندی کرد.
علاوه بر این، آن‌ها ۱۰ ژنوم مرجع با کیفیت بالا تولید کردند که اکنون در اختیار جامعه علمی قرار گرفته است.
اهمیت بویایی در پروانه‌های شیشه‌ای
فرومون‌ها؛ رمزگشای تمایز میان گونه‌ها
کشف مهم دیگر این بود که حتی پروانه‌هایی که ظاهری کاملاً مشابه دارند، می‌توانند از طریق فرومون‌ها — ترکیبات شیمیایی برای ارتباط بویایی — گونه خود را شناسایی کنند.
این مسئله در فرآیند جفت‌گیری اهمیت زیادی دارد. چرا که بسیاری از این پروانه‌ها از فرآیندی به نام «پرتاب سریع گونه‌زایی» عبور کرده‌اند، که طی آن در مدت زمانی کوتاه، گونه‌های جدید زیادی پدید آمده‌اند.
بوی متفاوت، تفاوت حیاتی
به گفته دکتر کارولین بک‌که، نویسنده ارشد مطالعه:
«داشتن ژنوم مرجع برای دو گروه از پروانه‌های شیشه‌ای، یعنی Mechanitis و Melinaea، به ما این امکان را داد تا بررسی کنیم آن‌ها چطور در کنار خویشاوندانشان زندگی می‌کنند.
این پروانه‌ها با نمایش الگوهای رنگی مشابه، مسئولیت هشدار به شکارچیان را به دوش می‌کشند، و با تولید فرومون‌های متفاوت، موفق به یافتن جفت مناسب و تولید مثل می‌شوند.»
او افزود:
«اکنون که اطلاعات دقیق‌تری درباره گونه‌های مختلف پروانه‌های شیشه‌ای داریم، می‌توانیم به‌دنبال تفاوت‌های ظاهری یا نشانه‌های خاص میان آن‌ها بگردیم، که روش‌های تازه‌ای برای پایش میدانی به ما می‌دهد.»
پروانه‌هایی با سرعت تکامل بالا
شگفتی در ساختار کروموزومی
تیم تحقیقاتی نکته شگفت‌آوری در DNA این پروانه‌ها یافت. بیشتر پروانه‌ها دارای ۳۱ کروموزوم هستند، اما در گونه‌های شیشه‌ای، این تعداد بین ۱۳ تا ۲۸ متغیر بود.
اگرچه ژن‌ها تقریباً یکسان بودند، اما به شیوه‌های متفاوتی سازماندهی شده بودند؛ پدیده‌ای که به آن «بازآرایی کروموزومی» گفته می‌شود.
تأثیر بازآرایی بر باروری
این تغییرات تنها ویژگی‌های ژنتیکی جالب نیستند؛ بلکه بر تولیدمثل نیز اثر دارند.
زمانی که پروانه‌هایی با ساختارهای کروموزومی ناسازگار با هم جفت‌گیری می‌کنند، فرزندانشان عقیم می‌شوند.
یعنی جفت‌گیری با گونه اشتباه، پایان خط است.
در نتیجه، پروانه‌ها تکامل یافته‌اند تا با کمک فرومون‌ها، شریک زندگی درست را پیدا کنند.
دانشمندان بر این باورند که این میزان بالای بازآرایی کروموزومی، یکی از دلایل کلیدی سرعت بالای گونه‌زایی در این پروانه‌هاست.
حفاظت از پروانه‌های شبه‌هم
تغییر تعداد کروموزوم، آغاز یک گونه جدید
وقتی تعداد کروموزوم‌ها در یک جمعیت تغییر می‌کند، آن جمعیت عملاً به گونه‌ای مستقل تبدیل می‌شود که توانایی بهتری در سازگاری با محیط یا منابع غذایی جدید دارد.
به گفته دکتر اوا ون در هایدن، نویسنده اول مقاله:
«پروانه‌های شیشه‌ای گروهی فوق‌العاده سازگار از حشرات هستند که طی ۱۵۰ سال گذشته در پژوهش‌های بوم‌شناسی اهمیت زیادی داشته‌اند.
اما تا پیش از این، هیچ منبع ژنتیکی معتبری برای شناسایی دقیق گونه‌ها وجود نداشت و نمی‌توان چیزی را که به‌خوبی شناسایی نمی‌کنید، ردیابی یا بررسی کرد.»
او ادامه داد:
«با این درخت تکاملی جدید بر پایه ژن‌ها و ژنوم‌های مرجع متعدد، امیدواریم بتوانیم پژوهش در حوزه تنوع زیستی و حفاظت از گونه‌ها را در سطح جهانی ارتقاء دهیم و به حفظ پروانه‌ها و دیگر حشرات مهم برای اکوسیستم زمین کمک کنیم.»
درک فرآیند گونه‌زایی در طبیعت
پرسش‌های بزرگ‌تر زیست‌شناسی
فهم این‌که پروانه‌های شبیه‌به‌هم چطور به گونه‌های جدید تبدیل می‌شوند — و همچنان در حال تکامل هستند — می‌تواند به دانشمندان برای پاسخ به پرسش‌های وسیع‌تری کمک کند:
- چرا برخی حشرات به شاخه‌های گونه‌ای زیادی تقسیم می‌شوند اما برخی دیگر نه؟
- فشارهای زیست‌محیطی چگونه باعث سازگاری سریع می‌شوند؟
- آیا این دانش می‌تواند در کشاورزی یا مبارزه با آفات کاربرد داشته باشد؟
دکتر جوانا مایر از مؤسسه ولکام سنگر هشدار داد:
«ما در میانه یک بحران انقراض قرار داریم و درک این‌که گونه‌های جدید چگونه به‌سرعت پدید می‌آیند، برای حفظ تنوع زیستی بسیار مهم است.»
او افزود:
«مقایسه پروانه‌هایی که با سرعت زیاد گونه‌های جدید تولید می‌کنند، با آن‌هایی که چنین نیستند، می‌تواند به ما نشان دهد که این پدیده تا چه حد در میان حشرات رایج است و چه عواملی در آن نقش دارند.
این کار همچنین می‌تواند مشخص کند کدام گونه‌ها نیازمند حفاظت ویژه‌اند و شاید حتی ژن‌هایی را شناسایی کند که در فرآیند سازگاری مؤثرند و ممکن است در کشاورزی، پزشکی یا مهندسی زیستی کاربرد داشته باشند.»
در پایان، دکتر مایر تأکید کرد:
«این پژوهش بدون همکاری جهانی ممکن نبود. ما یک سیاره داریم و باید برای درک و حفاظت از آن، با هم همکاری کنیم.»
