برای قرن‌ها، گیاه‌شناسان به بررسی عجایب تولیدمثل در گیاهان پرداخته‌اند. در میان آنان، چارلز داروین نسبت به گونه‌هایی که تنها به خودباروری تکیه داشتند، بی‌اعتماد بود. او نوشته بود: «تقریباً اغراق نیست اگر بگوییم که طبیعت با صراحت کامل به ما می‌گوید که از خودباروری دائمی بیزار است.»
این نگرانی از اینجا ناشی می‌شد که چنین راهبردی ممکن است به رکود ژنتیکی و در نهایت انقراض منجر شود. با این حال، در اعماق جزایر ریوکیو در ژاپن، طبیعت ظاهراً این قاعده را نقض کرده است.
گل‌هایی که هرگز باز نمی‌شوند
دو گونه مرموز از ارکیده
دو گونه ارکیده به نام‌های Gastrodia takeshimensis و Gastrodia kuroshimensis به‌گونه‌ای تکامل یافته‌اند که به‌طور کامل به‌صورت ایزوله تولید مثل می‌کنند. گل‌های آن‌ها هرگز باز نمی‌شود، و ژن‌های آن‌ها نشان از قمار تکاملی دارند: استقلال کامل در تولید مثل.
این سکوت گل‌ها چیزی فراتر از یک کنجکاوی گیاه‌شناسی است. این پدیده، باورهای دیرینه درباره بقا، انزوا و تداوم گیاهان بدون اختلاط ژنتیکی را به چالش می‌کشد.
ارکیده‌هایی که بدون شکفتن زنده می‌مانند
تحقیقات یک دهه‌ای در جزایر ژاپن
این ارکیده‌ها در جزایر کوروشیما، تاکه‌شیما و یاکوشیما زندگی می‌کنند. دکتر سوئتسوگو کنجی از دانشگاه کوبه که یک دهه به تحقیق در مورد این ارکیده‌ها پرداخته، آن‌ها را هم دور از دسترس و هم انقلابی توصیف می‌کند.
او می‌گوید: «همیشه نسبت به تردید داروین درباره گیاهانی که کاملاً به خودباروری تکیه دارند، علاقه‌مند بوده‌ام. وقتی این ارکیده‌های غیرشکوفا را پیدا کردم، حس کردم بهترین فرصت برای بازنگری مستقیم در این موضوع است.» تیم او بیش از صد نمونه را بررسی کرد و هیچ‌کدام از گل‌ها هرگز باز نشدند.
خودباروری کامل بدون باز شدن گل
با کمک گیاه‌دوستان محلی، تیم تحقیقاتی به این نتیجه رسید که این ارکیده‌ها کاملاً به خودباروری بدون شکفتن گل، یا به اصطلاح کلیستوگامی، متکی هستند. ساختار این گل‌ها طوری است که شکفتن را به کلی دور می‌زند. آزمایش‌های ژنتیکی نشان داد که این گیاهان از نظر ژنتیکی تقریباً یکسان و کلونی‌وار هستند.
تاریخچه‌ی ژنتیکی ارکیده‌ها
دوره زمانی تحول تکاملی
تحلیل‌های ژنومی نشان داد که علیرغم نرخ بالای جهش در نشانگرهای ژنتیکی، دو گونه‌ی مورد نظر تقریباً از نظر ژنوتیپ یکسان‌اند. این بدان معناست که تغییر به سمت خودباروری احتمالاً در ۱۰۰ تا ۲۰۰ نسل گذشته اتفاق افتاده، یعنی حدود دو هزار سال اخیر.
گذشته‌ای با تنوع ژنتیکی پایین
بررسی‌ها نشان داد که نیاکان این ارکیده‌ها هم با اینکه از طریق حشرات گرده‌افشانی می‌شدند، تنوع ژنتیکی پایینی داشتند. این موضوع به دلیل نقش محدود مگس‌های گرده‌افشان (عمدتاً گونه‌های دروسوفیلا) بوده است که تحرک کمی دارند و معمولاً تنها به گل‌های همان گیاه یا گیاهان نزدیک سر می‌زنند.
مزایای یک راهبرد انزواطلبانه
بقا در محیط‌های سخت
در شرایط سخت یا ایزوله، خودباروری مزایای زیادی دارد. توانایی تولید مثل بدون نیاز به گرده‌افشان‌ها یک مزیت تکاملی است. این موضوع به‌ویژه برای گیاهانی که در جزایر کوچک با جمعیت‌های کم و گرده‌افشان‌های ناپایدار زندگی می‌کنند، اهمیت دارد.
حتی گونه‌های خویشاوند Gastrodia foetida و Gastrodia fontinalis که گل‌های آن‌ها باز می‌شود، نیز نشانه‌هایی از خودباروری دارند؛ مانند تنوع ژنتیکی پایین و جهش‌های مضر انباشته شده.
تشابه بین خودباروری باز و بسته
جالب اینکه، علائم ژنومی خودباروری مانند بار بالای جهش‌های مضر و تنوع ژنتیکی پایین، تفاوت چندانی میان گونه‌های کلیستوگام و چاسمگام (گل‌های باز) نشان نمی‌دهد. این نشان می‌دهد که بار ژنتیکی پیش از انتقال کامل به خودباروری در این گونه‌ها وجود داشته است.
حفاظت از هویت گونه‌ها
نقش کلیستوگامی در جلوگیری از هیبریدسازی
یکی از پیامدهای مهم کلیستوگامی حفظ هویت ژنتیکی گونه‌هاست. با وجود اینکه این ارکیده‌ها در کنار گونه‌های نزدیک خود رشد می‌کنند، تاکنون هیچ گونه‌ی هیبریدی در طبیعت مشاهده نشده است.
سوئتسوگو می‌گوید: «بیان داروین از این جهت بود که خودباروری کامل باعث انباشت جهش‌های مضر و منتهی به بن‌بست تکاملی می‌شود.» با این حال، در این مورد، کلیستوگامی به عنوان محافظی مطلق عمل می‌کند که جریان ژنی را کاملاً مسدود می‌سازد.
جزایر ریوکیو؛ آزمایشگاهی برای تکامل ارکیده‌ها
ظهور مکرر خودباروری در یک سرده
جزایر ریوکیو با جمعیت‌های کوچک و تنوع ژنتیکی پایین، فضایی مناسب برای مشاهده اثرات خودباروری فراهم کرده‌اند. در این جزایر، گونه‌های متعددی از ارکیده Gastrodia با کلیستوگامی سازگار شده‌اند.
توانایی تولید مثل از طریق یک دانه بدون نیاز به گرده‌افشان یا همتا، مزیتی حیاتی برای بقای این گونه‌هاست.
خطرات و آینده‌ی مبهم
آیا این راهبرد پایدار است؟
سوئتسوگو هشدار می‌دهد که عدم اختلاط ژنتیکی در بلندمدت می‌تواند این گیاهان را در برابر تغییرات محیطی، تکه‌تکه شدن زیستگاه یا تغییرات اقلیمی آسیب‌پذیر کند. با این حال، کلیستوگامی در گونه‌های مختلف Gastrodia به‌طور مستقل تکامل یافته است.
ترکیبی از مهاجرت کم مگس‌ها، تنوع ژنتیکی پایین پیشین و نیاز به تضمین تولید مثل باعث شد تا برخی گونه‌ها به بسته شدن کامل گل‌ها روی آورند.
ارکیده‌هایی که قوانین تکامل را بازنویسی کردند
با اینکه داروین نسبت به موفقیت بلندمدت گیاهان خودبارور بدبین بود، اما همواره به انعطاف طبیعت ایمان داشت. ارکیده‌های Gastrodia در ژاپن نشان داده‌اند که حتی هشدارهای تکاملی هم گاهی قابل دور زدن هستند.
زندگی ساکت و بی‌گل این ارکیده‌ها، مرزهای بقا، انزوا و انعطاف‌پذیری ژنتیکی را دوباره تعریف کرده است. سوئتسوگو و همکارانش همچنان در حال کاوش در این رازها هستند.
او می‌گوید: «هر داده‌ی جدید و هر گونه‌ی تازه توصیف‌شده، مرا یک گام به درک کامل طیف‌های تکاملی نزدیک‌تر می‌کند.»
در حالی که گل‌های این ارکیده‌ها همچنان بسته مانده‌اند، ژنتیک آن‌ها صدایی بلند دارد؛ صدایی که می‌گوید در حاشیه‌های زیست‌شناسی، زندگی گاه قوانین خودش را می‌نویسد.
