برای دهه‌ها، دانشمندان بر این باور بودند که بندپایان، گروهی که شامل عنکبوت‌ها، عقرب‌ها، کنه‌ها و خرچنگ‌های نعلی می‌شود، تنها یک‌بار از محیط آبی به خشکی مهاجرت کرده‌اند. این دیدگاه دیرینه، زیست‌شناسی تکاملی را شکل داده و بر نحوه طبقه‌بندی و مطالعه این موجودات تأثیر گذاشته است.
اما یک مطالعه جدید تصویری متفاوت ارائه می‌دهد و نشان می‌دهد که این انتقال چندین بار رخ داده است، نه فقط یک‌بار.
این تحقیق همچنین نقش تکثیر کامل ژنوم در شکل‌گیری ویژگی‌های کلیدی عنکبوت‌ها و عقرب‌ها، به‌ویژه تولید ابریشم و سنتز زهر را برجسته می‌کند. این تغییرات ژنتیکی ممکن است نقش حیاتی در موفقیت تکاملی آن‌ها ایفا کرده باشد.
با به چالش کشیدن ایده‌های سنتی، این مطالعه نحوه درک ما از تکامل کلیسر‌داران را تغییر می‌دهد و مسیرهای جدیدی را برای تحقیقات آینده باز می‌کند.
جزئیات جدید در مورد تکامل بندپایان
دکتر افراط گاویش-رگف از مجموعه‌های تاریخ طبیعی ملی در دانشگاه عبری اورشلیم و پروفسور پرشانت پی. شارما از دانشگاه ویسکانسین، رویکردی تازه به تکامل کلیسر‌داران ارائه داده‌اند.
بررسی آن‌ها نشان می‌دهد که چگونه فیلوژنتیک مولکولی، زیست‌شناسی تکاملی رشدی و تحقیقات ژنومی، درک ما از این بندپایان را متحول کرده است.
به طور سنتی، بندپایان به‌عنوان یک گروه زمینی تک‌تباری (monophyletic) طبقه‌بندی می‌شدند، به این معنی که آن‌ها از یک جد مشترک خشکی‌زی تکامل یافته‌اند. اما مطالعات فیلوژنتیک ژنومی اخیر این تصور را به چالش کشیده است.
این مطالعات نشان می‌دهند که خرچنگ‌های نعلی یک شاخه جداگانه نیستند، بلکه در واقع درون گروه بندپایان جای می‌گیرند.
این یافته‌ها حاکی از آن است که بندپایان از طریق یک رویداد واحد به خشکی منتقل نشده‌اند، بلکه گروه‌های مختلف آن‌ها ممکن است در دوره‌های مختلف تکاملی، به‌طور مستقل با زندگی در خشکی سازگار شده باشند.
تکامل مستقل گروه‌های بندپایان
دکتر گاویش-رگف توضیح می‌دهد:
«ایده‌ای که همه بندپایان از یک جد زمینی مشترک نشأت گرفته‌اند، برای دهه‌ها پذیرفته شده بود. اما شواهد مولکولی جدید و تفسیر متفاوت برخی همولوژی‌ها، تصویری پیچیده‌تر را نشان می‌دهد.»
«به‌جای یک انتقال مستقیم از آب به خشکی، تحقیقات ما نشان می‌دهد که گروه‌های مختلف بندپایان ممکن است در نقاط مختلف تاریخ تکاملی خود، به‌طور مستقل با زندگی در خشکی سازگار شده باشند.»
این کشف، پرسش‌های مهمی را در مورد نحوه وقوع این سازگاری‌ها مطرح می‌کند. اگر گروه‌های مختلف بندپایان به‌طور جداگانه به خشکی انتقال یافته‌اند، پس فشارهای محیطی و تغییرات ژنتیکی مختلفی بر روند تکاملی آن‌ها تأثیر گذاشته است.
برخی از گونه‌ها ممکن است به‌تدریج سازگاری‌های خشکی‌زی پیدا کرده باشند، در حالی که برخی دیگر ممکن است تغییرات ناگهانی‌تری را تجربه کرده باشند. این فرضیه چندرویدادی، مدل‌های تکاملی موجود را به چالش می‌کشد و دانشمندان را وادار می‌کند تا نحوه سازگاری بندپایان با زندگی زمینی را از نو بررسی کنند.
نقش تکثیر کامل ژنوم
یکی از یافته‌های کلیدی این مطالعه، نقش تکثیر کامل ژنوم در تکامل بندپایان است. این فرایند، که در آن کل کد ژنتیکی یک موجود زنده تکثیر می‌شود، یک نیروی قدرتمند در ایجاد تغییرات تکاملی محسوب می‌شود.
داشتن نسخه‌های اضافی از ژن‌ها به گونه‌ها اجازه می‌دهد تا ویژگی‌های جدیدی را بدون از دست دادن عملکردهای اساسی خود توسعه دهند.
در عنکبوت‌ها و عقرب‌ها، تکثیر کامل ژنوم احتمالاً نقش مستقیمی در تکامل ویژگی‌های مهمی مانند تولید ابریشم و سنتز زهر داشته است.
این ویژگی‌ها برای بقا و تنوع بندپایان حیاتی بوده و به آن‌ها کمک کرده است تا شکار کنند، از خود دفاع کنند و با محیط‌های مختلف سازگار شوند.
بدون تکثیر کامل ژنوم، تنوع وسیع عنکبوت‌ها و عقرب‌هایی که امروزه می‌شناسیم، ممکن نبود.
تغییرات کلیدی در تکامل بندپایان
پروفسور شارما توضیح می‌دهد:
«تکامل بندپایان تحت تأثیر عوامل مختلفی قرار گرفته است، از جمله تکثیر ژنی که احتمالاً نقش مهمی در توسعه ویژگی‌های کلیدی ایفا کرده است.»
«با ترکیب تحقیقات فیلوژنتیکی با ابزارهای جدید ویرایش ژن، اکنون در موقعیتی قرار داریم که می‌توانیم این تغییرات تکاملی را با جزئیات بیشتری بررسی کنیم.»
با ابزارهای مدرن تحقیقاتی در زمینه ژنتیک، دانشمندان اکنون می‌توانند تأثیرات تکثیر کامل ژنوم را با دقت بیشتری مورد مطالعه قرار دهند.
بررسی این تغییرات ژنتیکی می‌تواند مسیر تکامل برخی ژن‌ها را مشخص کند و روشن کند که چگونه این ژن‌ها ویژگی‌های بندپایان را شکل داده‌اند.
این تحقیق نه‌تنها درک ما از زیست‌شناسی تکاملی را بهبود می‌بخشد، بلکه اطلاعات مهمی درباره تأثیر ژن‌ها بر توسعه ویژگی‌های پیچیده در گونه‌های مختلف ارائه می‌دهد.
پیشرفت در شناخت روابط تکاملی کلیسر‌داران
درک روابط تکاملی بین گونه‌های مختلف کلیسر‌داران، همیشه یک چالش بوده است.
برخی از این روابط هنوز حل‌نشده باقی مانده‌اند، اما پیشرفت در تکنیک‌های ژنومی در حال روشن‌سازی این موضوع است. با در دسترس قرار گرفتن داده‌های ژنومی باکیفیت‌تر، محققان انتظار دارند که به برخی از پرسش‌های باقی‌مانده در مورد تکامل بندپایان پاسخ دهند.
با ترسیم درخت تکاملی کلیسر‌داران، دانشمندان می‌توانند بهتر درک کنند که چگونه گونه‌های مختلف به یکدیگر مرتبط هستند و ویژگی‌های آن‌ها چگونه تکامل یافته است.
این یافته‌ها فراتر از زیست‌شناسی تکاملی اهمیت دارند و در حوزه‌هایی مانند مدیریت آفات، پزشکی و تولید مواد زیستی الهام‌گرفته از طبیعت کاربرد دارند.
اهمیت این مطالعه
درک تکامل بندپایان، کاربردهای عملی گسترده‌ای دارد. مطالعه چگونگی تکامل برخی ویژگی‌ها می‌تواند به توسعه روش‌های جدیدی برای کنترل آفات، طراحی درمان‌های پزشکی مبتنی بر ترکیبات زهر و ساخت مواد جدید الهام‌گرفته از ابریشم عنکبوت منجر شود.
با افزایش داده‌های ژنتیکی، دانشمندان به درک دقیق‌تری از تاریخ تکاملی خواهند رسید. این کشفیات می‌توانند به پیشرفت‌های جدید در زیست‌شناسی، ژنتیک و حتی فناوری زیستی منجر شوند.
پژوهش‌های آینده در زمینه تکامل بندپایان
درحالی‌که این مطالعه اطلاعات ارزشمندی ارائه می‌دهد، پرسش‌های جدیدی را نیز مطرح می‌کند:
- چه عوامل محیطی موجب شدند که برخی بندپایان زودتر از بقیه به خشکی مهاجرت کنند؟
- آیا مکانیسم‌های ژنتیکی خاصی وجود داشت که این انتقال را برای برخی گروه‌ها آسان‌تر کرد؟
- این یافته‌ها چگونه با سایر شاخه‌های بندپایان که از آب به خشکی منتقل شده‌اند مقایسه می‌شوند؟
پژوهش‌های آینده احتمالاً این پرسش‌ها را با ابزارهای ژنتیکی پیشرفته‌تر بررسی خواهند کرد.
این پژوهش در مجله Annual Review of Entomology منتشر شده است.
