در آب‌های دریاچه مالاوی، تنها یک گروه از ماهی‌ها طی تنها چند میلیون سال به بیش از ۸۰۰ گونه متفاوت تکامل یافته‌اند. این تکامل سریع و متمرکز، سال‌هاست که ذهن دانشمندان را به خود مشغول کرده است.
اما اکنون پژوهشگران مکانیسم ژنتیکی نیرومندی را شناسایی کرده‌اند که می‌تواند توضیح دهد چگونه چنین تنوع زیستی افراطی با این سرعت پدید می‌آید.
نقش اینورژن‌های کروموزومی در تکامل
ابرژن‌ها: ابزارهای ژنتیکی تکامل سریع
در مطالعه‌ای که توسط دانشمندان دانشگاه‌های دانشگاه‌های کمبریج و آنتورپ انجام شده، مشخص شده است که تکه‌های بزرگی از DNA که به‌صورت وارونه یا «برگشته» درآمده‌اند، نقش شتاب‌دهنده‌های تکاملی را در ماهی‌های سیکلید ایفا می‌کنند.
این اینورژن‌های کروموزومی ویژگی‌های کلیدی ژنتیکی را در نسل‌های مختلف حفظ می‌کنند و به ماهی‌ها کمک می‌کنند به‌سرعت با زیستگاه‌های جدید سازگار شوند. همین موضوع زمینه را برای تشکیل گونه‌های جدید با سرعتی چشمگیر فراهم می‌سازد.
میان‌بر در ژن‌های ما
چرا گونه‌های بسیار زیادی در زمین وجود دارد؟
سؤالی که مدت‌هاست زیست‌شناسی تکاملی را به خود مشغول کرده، این است که: «چرا این‌همه گونه مختلف از گیاهان و جانوران در زمین وجود دارد؟»
در مورد سیکلیدهای دریاچه مالاوی، تمامی بیش از ۸۰۰ گونه به یک نیای مشترک بازمی‌گردند. اما با این حال، آن‌ها به طیف گسترده‌ای از انواع تخصص‌یافته، از علف‌خواران و جلبک‌خواران گرفته تا شکارچیان آب‌های آزاد، تقسیم شده‌اند.
بررسی ژنوم برای یافتن پاسخ
پژوهشگران ژنوم بیش از ۱۳۰۰ ماهی سیکلید را بررسی کردند. در برخی گونه‌ها، تکه‌های DNA در پنج کروموزوم وارونه شده بودند – پدیده‌ای که «اینورژن کروموزومی» نامیده می‌شود.
«ما دریافتیم که در برخی از گونه‌ها، تکه‌های بزرگی از DNA در پنج کروموزوم وارونه شده‌اند – نوعی جهش که به آن اینورژن کروموزومی گفته می‌شود»، به گفته هنِس سواردال، نویسنده ارشد از دانشگاه آنتورپ.
اینورژن‌ها چگونه کار می‌کنند؟
معمولاً بازترکیب ژنتیکی در هر نسل، DNA را با ترکیب مواد ژنتیکی والدین بازآرایی می‌کند. اما در درون اینورژن‌ها، ساختار وارونه مانع از انجام بازترکیب می‌شود.
نتیجه آن است که موجودات، مجموعه‌ای از ژن‌های به‌هم‌پیوسته را به‌صورت کامل به ارث می‌برند و تطابق‌های مفیدی را که به‌عنوان یک بسته مؤثر عمل می‌کنند، حفظ می‌کنند.
ابرژن‌ها و تثبیت ویژگی‌ها در ماهی‌ها
جعبه ابزار تکاملی
«این وضعیت مانند جعبه‌ابزاری است که در آن همه ابزارهای مفید کنار هم چسبیده‌اند و ترکیب‌های موفق ژنتیکی را حفظ می‌کنند – ترکیب‌هایی که به ماهی‌ها کمک می‌کنند با محیط‌های گوناگون سازگار شوند»، به گفته مورتیس بلومر از دپارتمان ژنتیک دانشگاه کمبریج.
این خوشه‌های ژنی پایدار که «ابرژن» نامیده می‌شوند، به توضیح نحوه تکامل ماهی‌های متنوع در یک دریاچه واحد کمک می‌کنند.
حفظ تمایزها با وجود نبود مانع
در بسترهای شنی دریاچه، اینورژن‌ها از ترکیب ژنی جلوگیری می‌کنند و باعث می‌شوند هر گونه ویژگی‌های منحصربه‌فرد خود را حفظ کند، حتی در شرایطی که مانع فیزیکی برای جدایی گونه‌ها وجود ندارد.
ابرژن‌ها ویژگی‌های اساسی بقا را تنظیم می‌کنند: مانند بینایی، شنوایی، رفتار تغذیه‌ای و غیره. برای مثال، ماهی‌هایی که در اعماق دریاچه – حتی تا ۲۰۰ متر – زندگی می‌کنند، برای حرکت در نور کم به بینایی خاصی نیاز دارند.
تطابق با شرایط سخت اعماق
این ماهی‌ها همچنین به رژیم غذایی منحصربه‌فرد برای بقا در عمق کم‌مواد و فیزیولوژی خاص برای تحمل فشار بالا نیاز دارند. ابرژن‌های آن‌ها این توانایی‌ها را تثبیت می‌کنند.
انتقال ابرژن‌ها بین گونه‌ها
تسریع تکامل از طریق آمیزش گونه‌ای
یکی دیگر از مزایای اینورژن‌های DNA این است که می‌توانند هنگام آمیزش گونه‌های مختلف سیکلید، به‌طور کامل بین آن‌ها منتقل شوند. این موضوع باعث انتقال یک‌جای مجموعه‌ای از ویژگی‌های مفید می‌شود.
«زمانی که گونه‌های مختلف سیکلید با هم آمیزش کردند، اینورژن‌ها می‌توانند به‌طور کامل منتقل شوند – و با خود ویژگی‌های کلیدی بقا، مانند تطابق با محیط خاص، را بیاورند که روند تکامل را سرعت می‌بخشد»، به گفته بلومر.
راهی برای اشتراک ویژگی‌ها بدون نیاز به تکامل جداگانه
این مکانیسم ژنتیکی اجازه می‌دهد ویژگی‌ها بین گونه‌ها منتقل شوند، بدون اینکه لازم باشد هر گونه آن‌ها را از ابتدا تکامل دهد.
پژوهشگران همچنین دریافتند که اینورژن‌ها اغلب مانند کروموزوم‌های جنسی عمل می‌کنند و تعیین می‌کنند که یک ماهی نر باشد یا ماده.
از آنجا که کروموزوم‌های جنسی محرک اصلی گوناگونی گونه‌ها هستند، این یافته پیچیدگی بیشتری به فرایند تنوع سریع سیکلیدها می‌افزاید.
فراتر از ماهی‌ها
ابرژن‌ها محدود به سیکلیدها نیستند
«اگرچه مطالعه ما بر سیکلیدها تمرکز داشت، اینورژن‌های کروموزومی به آن‌ها محدود نمی‌شوند»، به گفته ریچارد دوربین، استاد ژنتیک در دانشگاه کمبریج.
«اینورژن‌ها در بسیاری از جانوران دیگر – از جمله انسان – نیز وجود دارند و به طور فزاینده‌ای به‌عنوان یکی از عوامل کلیدی در تکامل و تنوع زیستی شناخته می‌شوند.»
افق‌های تازه در درک تکامل
این یافته‌ها راه‌های جدیدی برای مطالعه ژنتیک شکل‌گیری گونه‌ها ارائه می‌دهد – نه فقط برای ماهی‌ها بلکه در تمام شاخه‌های درخت زندگی.
ابرژن‌ها و اینورژن‌ها ممکن است صرفاً پیچش‌های عجیب در DNA نباشند، بلکه می‌توانند از قدرتمندترین ابزارهای تکامل برای خلق اشکال و عملکردهای نو باشند.
«ما مدت‌هاست که فرایند شکل‌گیری گونه‌ها را مطالعه می‌کنیم»، به گفته سواردال. «با درک اینکه ابرژن‌ها چگونه تکامل یافته و منتشر می‌شوند، به پاسخ یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های علم نزدیک‌تر می‌شویم: چگونه زندگی در زمین این‌چنین غنی و متنوع شده است.»
نتیجه‌گیری
این مطالعه نشان می‌دهد که یک پیچش ساده در DNA می‌تواند سرعت تکامل را افزایش دهد و سرنخی کلیدی برای رمزگشایی از تنوع زیستی ارائه کند.
همچنین روشن می‌سازد که گاهی، طبیعت پاسخ‌های شگفت‌انگیز خود را در کوچک‌ترین ساختارهایش پنهان می‌کند.
