زندگی در طبیعت بهطور مداوم در حال تغییر است، حیوانات برای زنده ماندن باید با سرعت بالا به این تغییرات واکنش نشان دهند. افزایش دما، کوچک شدن زیستگاهها، فعالیتهای انسانی فشار فزایندهای بر جمعیتهای طبیعی وارد میکند.
برخی گونهها میتوانند خود را با این شرایط جدید تطبیق دهند، برخی دیگر با دشواری جدی روبهرو میشوند. دانشمندان تلاش میکنند بفهمند چرا چنین تفاوتهایی شکل میگیرد و ژنتیک چگونه بر بقا در بازههای زمانی طولانی اثر میگذارد.
در دانشگاه علوم و فناوری نروژ (NTNU)، یک تیم پژوهشی با ترکیب ریاضیات، ژنتیک، زیستشناسی به دنبال پاسخ به این پرسشهاست.
پروژه GPWILD در دانشگاه NTNU
کنت آسه، آمارشناس و پژوهشگر دکتری در دپارتمان علوم ریاضی NTNU، روی این موضوع در قالب پروژهای به نام GPWILD کار میکند.
هدف پروژه GPWILD درک «ظرفیت تکاملی سازگارانه» است، مفهومی که نشان میدهد یک گونه تا چه حد میتواند از نظر ژنتیکی خود را با تغییرات محیطی تطبیق دهد.
برای بررسی چنین فرایندهای بلندمدتی، پژوهشگران به دادههای دقیق ژنتیکی، فیزیکی نیاز دارند که در طول نسلهای متعدد جمعآوری شده باشد.
چرا گنجشکهای خانگی اهمیت ویژهای دارند
گنجشکهای خانگی ساکن جزایر ساحل هِلگلند در شمال نروژ فرصت کمنظیری برای پژوهش فراهم کردهاند.
زندگی جزیرهای جابهجایی بین جمعیتها را محدود میکند، همین موضوع امکان مقایسه دقیقتر تفاوتهای ژنتیکی را به دانشمندان میدهد.
پایش بلندمدت این جمعیتها باعث شده پژوهشگران بتوانند زندگی هر پرنده را از تولد تا مرگ دنبال کنند.
«از آنجا که جمعیتهای جزیرهای ما کوچک، مشخص هستند، برای پژوهش فوقالعاده مناسباند. زیستشناسان میتوانند تقریباً همه گنجشکها را از زمان تولد تا پایان عمر ثبت، پیگیری کنند.»
کنت آسه
سه دهه داده ارزشمند از گنجشکهای خانگی
بیش از ۳۰ سال است که پژوهشگران دپارتمان زیستشناسی NTNU، مرکز Gjærevoll دادههایی مانند نرخ بقا، تولیدمثل، اندازه بدن، اطلاعات ژنتیکی این پرندگان را جمعآوری میکنند.
«ما میتوانیم بررسی کنیم چه عواملی بر بقای آنها اثر میگذارد، چند جوجه تولید میکنند. این دادهها بیش از ۳۰ سال جمعآوری شدهاند و مجموعهای کمنظیر، بسیار ارزشمند ساختهاند.»
کنت آسه
چنین دادههایی به دانشمندان اجازه میدهد فرگشت را در حال وقوع و در طول نسلهای متوالی بررسی کنند، نه فقط با نگاههای کوتاهمدت.
برآورد ویژگیهای بقا با پیشبینی ژنومی
تمرکز اصلی آسه روی روشی به نام پیشبینی ژنومی است. این روش نشانگرهای ژنتیکی را به ویژگیهای قابل اندازهگیری مانند وزن بدن، طول بال، طول پا مرتبط میکند.
بهجای انتظار برای ظهور طبیعی ویژگیها، دانشمندان میتوانند ارزش ژنتیکی آنها را مستقیماً از دادههای DNA تخمین بزنند.
«این روش حتی میتواند نشان دهد ژنهای یک گنجشک خاص باعث وزن بالاتر یا پایینتر آن میشوند، موضوعی که برای بقا اهمیت زیادی دارد.»
پیشبینی ژنومی سالهاست در اصلاح نژاد گیاهان، حیوانات، پزشکی نقش مهمی دارد، اما استفاده از آن در پژوهش روی جمعیتهای وحشی هنوز محدود بوده است.
محیطهای طبیعی تنوع بالایی دارند، شرایط قابل کنترل نیست، همین موضوع پژوهش روی حیات وحش را پیچیدهتر میکند.
یادگیری بین جمعیتهای مختلف
در این مطالعه جدید بررسی شد که دادههای ژنتیکی یک جمعیت گنجشک تا چه حد میتواند برای برآورد ویژگیها در جمعیتی دیگر که روی جزیرهای متفاوت زندگی میکند استفاده شود.
چنین رویکردی میتواند حجم کار میدانی را کاهش دهد، امکان مطالعه جمعیتهای بیشتر را با اندازهگیریهای فیزیکی کمتر فراهم کند.
«این موضوع برای بررسی فرایندهای طبیعی حیاتی با روشهای نو، کارآمد بسیار مهم است. برای مثال میتوانیم حجم زیادی از کار میدانی را کاهش دهیم.»
پیشبینی درونجمعیتی دقیقتر است
نتایج الگوی روشنی نشان داد. پیشبینیها زمانی دقیقتر بودند که دادههای آموزش، آزمون از یک جمعیت واحد استفاده میشد.
دقت پیشبینی هنگام عبور از مرز جمعیتها کاهش پیدا میکرد.
«ما نشان دادیم پیشبینی بین جمعیتهای مختلف ضعیفتر از پیشبینی درونجمعیتی است. این موضوع قابل انتظار بود، اما برای نخستین بار در جمعیتهای وحشی اثبات شد.»
تفاوت در ساختار ژنتیکی، فراوانی آللها، شرایط محیطی احتمالاً دلیل این افت دقت است. حتی اختلافهای ژنتیکی کوچک میتواند قدرت پیشبینی را کاهش دهد.
چالشهای منحصربهفرد پژوهش روی حیات وحش
کار با حیوانات وحشی دشواریهایی دارد که در مطالعات اصلاح نژاد خانگی دیده نمیشود. دادههای ناقص، تغییر دائمی محیط، نبود آزمایشهای کنترلشده از جمله این چالشهاست.
«برای ما آمارشناسان، شاید بزرگترین چالش ناقص بودن دادههای میدانی باشد.»
سامانه گنجشکهای هِلگلند به دلیل کامل بودن دادهها نمونهای استثنایی محسوب میشود.
آسه همچنین از شبیهسازیهای رایانهای، محاسبات پیچیده با ابررایانه IDUN دانشگاه NTNU برای آزمون مدلهای آماری در شرایط مختلف استفاده میکند.
کاربردهای حفاظتی فراتر از گنجشکهای خانگی
جمعیتهای وحشی در سراسر جهان تحت فشار فزاینده تغییرات اقلیمی، تغییر کاربری زمین قرار دارند.
«درک پیامدهای ژنتیکی، بومشناختی این تغییرات برای مدیران طبیعت، زیستشناسان حفاظتی ضروری است.»
پیشبینی ژنومی میتواند نشان دهد هر فرد تا چه حد در شرایط متغیر آینده شانس بقا دارد، به تصمیمگیری درباره تقویت جمعیت یا معرفی دوباره گونهها کمک کند.
پروژه GPWILD در آینده گونههای دیگری مانند گوزن شمالی سوالبارد، گوزنهای اسکاتلندی، روباه قطبی، پرندگان دیگر را نیز در بر خواهد گرفت.
این پژوهش که با مطالعه پرندگان کوچک جزایر نروژ آغاز شد، اکنون ابزارهایی ارائه میدهد که میتواند به حفاظت از گونههای متعدد در دنیایی با تغییرات سریع کمک کند.
این مطالعه در نشریه علمی Evolution منتشر شده است.
اگر به ژنتیک، بقا، حفاظت از حیات وحش علاقهمند هستید، این مقاله را با دیگران به اشتراک بگذارید یا دیدگاه خود را در بخش نظرات بنویسید.
