در حالی که تولیدمثل جنسی راهبرد غالب در میان جانوران است، برخی گونه‌ها توانسته‌اند توانایی تولیدمثل غیرجنسی از طریق بکرزایی را تکامل بخشند. در این گونه‌ها، ماده‌ها بدون جفت‌گیری قادر به تولید فرزند هستند.
با این حال، حتی در گونه‌هایی که عمدتاً به روش غیرجنسی تولیدمثل می‌کنند، گاهی اوقات نرهای نادری ظاهر می‌شوند. آنچه هنوز مشخص نیست این است که آیا این نرها توانایی تولیدمثل دارند یا اینکه تنها بازماندگانی تکاملی بدون عملکرد خاص هستند.
درک این موضوع می‌تواند بینش‌های مهمی درباره تکامل و ماندگاری راهبردهای تولیدمثلی در طبیعت ارائه دهد.
پژوهشی درباره حشرات نر نادر
مطالعه‌ای جدید که در مجله Ecology منتشر شده، این معما را با بررسی نرهای نادر گونه‌ای از حشرات چوبی به نام Ramulus mikado که در ژاپن زندگی می‌کند و به طور معمول از طریق بکرزایی تولیدمثل می‌کند، بررسی کرده است.
این پژوهش به سرپرستی دکتر توموناری نوزاکی از مؤسسه ملی زیست‌شناسی پایه، پروفسور کنجی سوئتسوگو از دانشگاه کوبه و پروفسور شینگو کانکو از دانشگاه فوکوشیما انجام شده است.
نتایج این تحقیق نشان می‌دهد که این نرها، علی‌رغم تلاش‌هایشان برای جفت‌گیری، به طور کامل توانایی تولیدمثل را از دست داده‌اند.
نرهایی بدون عملکرد تولیدمثلی
محققان رفتار و فیزیولوژی این نرهای نادر را به دقت بررسی کردند و دریافتند که با وجود جفت‌گیری فعالانه با ماده‌ها، هیچ‌گونه نقشی در تولید نسل بعدی ندارند.
تحلیل‌های ژنتیکی تأیید کرد که هیچ ژنی از نرها به نسل بعدی منتقل نمی‌شود، به این معنی که این نرها در واقع نابارور هستند.
یافته‌ها نشان دادند که این نرها، علی‌رغم داشتن شکل ظاهری و رفتارهای جفت‌گیری مشابه دیگر حشرات چوبی، اسپرم‌های فعال تولید نمی‌کنند. این مسئله نشان می‌دهد که حتی با حضور نرها، امکان بازگشت به تولیدمثل جنسی در این گونه وجود ندارد.
نشانه‌هایی از زوال تولیدمثل جنسی
نکته جالب این است که اندام‌های تولیدمثلی ماده‌ها که در تولیدمثل جنسی نقش دارند، نشانه‌هایی از زوال را نشان می‌دهند. این مسئله به این نکته اشاره دارد که این گونه برای مدت طولانی بدون تولیدمثل جنسی تکامل یافته است.
چالش یافتن نرهای نادر
یکی از چالش‌های اصلی در انجام این مطالعه، یافتن نمونه‌های این نرهای نادر بود.
سوئتسوگو در این باره گفت:
“در حقیقت، ما هرگز به‌طور مستقیم یک نر R. mikado را در طبیعت ندیده‌ایم، با وجود اینکه جمع‌آوری‌های میدانی گسترده‌ای از حشرات چوبی در سراسر ژاپن انجام داده‌ایم.”
برای حل این مشکل، تیم تحقیقاتی با همکاری موزه‌ها و گروه‌های علمی مردمی توانست طی چهار سال، هفت نر را جمع‌آوری کند.
سپس این نرها در شرایط کنترل‌شده مورد بررسی قرار گرفتند، رفتارهای جفت‌گیری آن‌ها ثبت شد و آناتومی تولیدمثلی آن‌ها از طریق تجزیه و تحلیل‌های دقیق مورفولوژیکی و بافت‌شناسی مورد مطالعه قرار گرفت.
از دست رفتن ویژگی‌های تولیدمثلی در نرها
این مطالعه پرسش‌های مهمی درباره مسیر تکاملی بلندمدت گونه‌های بکرزا مطرح می‌کند.
کانکو در این باره اظهار داشت:
“به طرز شگفت‌انگیزی، نرهای نادر این گونه حشره کاملاً توانایی تولیدمثل را از دست داده‌اند.”
او توضیح داد که در بیشتر گونه‌ها، حتی اگر نرها نادر باشند، اغلب توانایی تولیدمثل را حفظ می‌کنند. اما در مورد R. mikado، این ویژگی کاملاً از بین رفته است.
به نظر می‌رسد که این گونه برای مدت بسیار طولانی تنها به بکرزایی متکی بوده است، به طوری که حتی جهش‌های خنثی نیز در طول زمان انباشته شده و منجر به از بین رفتن کامل ویژگی‌های تولیدمثلی نرها شده است.
این یافته‌ها نشان می‌دهند که وقتی یک گونه کاملاً به تولیدمثل غیرجنسی وابسته شود، بازگشت به تولیدمثل جنسی ممکن است غیرممکن شود. با گذشت زمان، تغییرات ژنتیکی انباشته‌شده باعث می‌شود که تولیدمثل جنسی دیگر یک گزینه نباشد.
نوزاکی در این باره گفت:
“این مطالعه نشان می‌دهد که بکرزایی در R. mikado برگشت‌ناپذیر شده است. هرچند معمولاً تصور می‌شود که تولیدمثل غیرجنسی در طولانی‌مدت پایدار نیست، اما تحقیقات قبلی ما نشان داده است که این گونه صدها هزار سال است که بدون تولیدمثل جنسی زنده مانده است.”
او افزود:
“چگونه R. mikado توانسته برای چنین مدت طولانی دوام بیاورد؟ این همچنان یک معمای جذاب برای تحقیقات آینده است.”
پایداری طولانی‌مدت تولیدمثل غیرجنسی
زیست‌شناسان مدت‌هاست که درباره سرنوشت تکاملی موجودات غیرجنسی بحث می‌کنند. بسیاری از مطالعات نشان می‌دهند که تولیدمثل غیرجنسی، اگرچه در کوتاه‌مدت مزایایی دارد، اما ممکن است در بلندمدت به بن‌بست تکاملی منجر شود، زیرا در این روش تنوع ژنتیکی کاهش می‌یابد و احتمال بروز جهش‌های مضر بیشتر می‌شود.
با این حال، تداوم حیات R. mikado این فرضیه را به چالش می‌کشد. اگر این گونه حشره توانسته صدها هزار سال بدون تولیدمثل جنسی زنده بماند، این سؤال مطرح می‌شود که چه مکانیسم‌هایی به آن کمک کرده‌اند تا تنوع ژنتیکی و تطبیق‌پذیری خود را حفظ کند.
برخی از احتمالات عبارتند از:
- جهش‌های ژنتیکی نادر که حتی بدون نوترکیبی ژنتیکی، تنوع ایجاد می‌کنند.
- ثبات محیطی که باعث شده فشار انتخابی تغییر چندانی نکند و در نتیجه نیاز به تنوع ژنتیکی کاهش یابد.
- مکانیسم‌های پنهان تبادل ژنتیکی، مانند رخدادهای نادر هیبریداسیون با گونه‌های نزدیک – هرچند تاکنون شواهدی برای این احتمال در R. mikado یافت نشده است.
این احتمالات مسیرهای جدیدی را برای تحقیقات آینده درباره پایداری تولیدمثل غیرجنسی در طبیعت باز می‌کند.
مسیرهای تحقیقاتی آینده
مطالعه روی R. mikado بخشی از یک تلاش گسترده‌تر برای درک چگونگی تکامل و بقای گونه‌های بکرزا است. تحقیقات آینده ممکن است بر شناسایی تغییرات ژنتیکی مسئول عقیمی نرها و بررسی اینکه آیا گونه‌های دیگر حشرات چوبی بکرزا نیز چنین انتقال‌های برگشت‌ناپذیری را تجربه کرده‌اند یا نه، متمرکز شود.
همچنین، دانشمندان علاقه‌مند به بررسی این موضوع هستند که چگونه R. mikado از مشکلات معمول تولیدمثل غیرجنسی، مانند کاهش تنوع ژنتیکی و آسیب‌پذیری در برابر تغییرات محیطی، اجتناب کرده است.
مطالعات تطبیقی با سایر گونه‌های حشرات چوبی، هم جنسی و هم غیرجنسی، می‌تواند بینش‌های ارزشمندی درباره این پدیده‌های تکاملی ارائه دهد.
با ادامه تحقیقات درباره موارد نادری مانند R. mikado، محققان امیدوارند بتوانند پیچیدگی‌های تکامل تولیدمثلی را بیشتر درک کرده و نیروهای تأثیرگذار بر تنوع زیستی در طبیعت را شفاف‌تر کنند.
