توصلت الدراسة إلى أن النباتات المزهرة تحولت إلى “وحوش مفعمة بالأمل” في 9 انفجارات رهيبة عبر الزمن التطوري
عندما ضرب نيزك قتل الديناصورات الأرض قبل 66 مليون سنةتحولت العديد من النباتات المزهرة إلى “وحوش مفعمة بالأمل” لتحمل الأزمة البيئية الناتجة. الآن، تشير الأبحاث الجديدة إلى أن هذه لم تكن المرة الوحيدة التي استجابت فيها هذه النباتات بهذه الطريقة. في تسعة أحداث منفصلة على مدى الـ 150 مليون سنة الماضية، قامت النباتات المزهرة بنسخ جينومها بالكامل لمنح نفسها فرصة أفضل للبقاء في مواجهة الكوارث.
يمكن أن يساعد هذا العمل العلماء على فهم ما سيحدث للنباتات المزهرة، بما في ذلك النباتات المزهرة معظم المحاصيل يأكلها الناس، حيث يتغير المناخ وتتحمل الكائنات الحية اضطرابات بيئية أخرى.
منذ ما يقرب من قرن من الزمان، لقد حير تضاعف الجينوم الكامل العلماء. تسمى الكائنات الحية التي لديها أكثر من مجموعتين من الجينومات متعدد الصيغ الصبغية. البشر، والتي لديها مجموعتين من الكروموسومات، نكون ثنائيات الصبغيات. يُطلق على متعددات الصيغ الصبغية أحيانًا اسم “الوحوش المفعمة بالأمل” لأنهم مختلفون “بشكل رهيب” عن الكائنات الحية التي ينتمون إليها – ولكن لديهم القدرة على البقاء على قيد الحياة في ظروف لا يستطيع آباؤهم تحملها، وبالتالي يقدمون الأمل للأنواع.
لكن فان دي بير قال إن هذه الكائنات تمثل مفارقة. وأوضح: “عندما تذهب للخارج وتبدأ في جمع النباتات، هناك احتمال كبير جدًا أن تقوم بجمع النباتات متعددة الصيغ الصبغية”، وهي نباتات خضعت لمضاعفة الجينوم بالكامل. “ومع ذلك، عندما نقوم بتحليل جينومات النباتات، نجد أدلة قليلة جدًا على العديد من نسخ الجينوم الكامل التي بقيت على المدى الطويل.”
وذلك لأن استنساخ الجينوم الكامل يمثل مقامرة محفوفة بالمخاطر بالنسبة للنبات. وقال: “ليس من السهل التعامل مع هذا الأمر من وجهة نظر بيولوجيا الخلية”. “هناك تكاليف متضمنة،” مثل زيادة حجم الخلايا وانخفاض الخصوبة وعواقب أخرى. لهذا السبب، غالبًا ما يُنظر إلى polyploids على أنها طريق تطوري مسدود لأنه من غير المرجح أن تستمر هذه الطفرات.
وقال فان دي بير إن العديد من المحاصيل التي نأكلها هي متعددة الصيغ الصبغية اختارها البشر دون وعي مع مرور الوقت بسبب ثمارها الأكبر أو قدرتها على تحمل الضغوط البيئية. لكن الأفراد متعددي الصبغيات يكافحون للتنافس مع أعضاء آخرين من جنسهم عندما تكون الظروف مستقرة، لذلك يموتون في الأوقات الجيدة. ولكن خلال الفترات الصعبة، قد تكون polyploids قادرة على التكيف بشكل أفضل.
“الانفجارات عبر تاريخ النباتات”
وفي الدراسة الجديدة التي نشرت يوم الجمعة (8 مايو) في المجلة خليةقام الباحثون بتحليل جينومات 470 نباتًا مزهرًا، تسمى كاسيات البذور. لقد بحثوا داخل تلك الجينومات عن بقايا ازدواجية الجينوم الكامل. وفي النهاية، اكتشفوا 132 حدثًا مكررًا مستقلاً على مدار الـ 150 مليون سنة الماضية واستخدموا معلومات من النباتات المتحجرة، من بين طرق أخرى، لتحديد تاريخ وقوع هذه الأحداث.
وفي عام 2009، أظهر فان دي بير وزملاؤه ذلك ازدواج في حفنة من أنواع النباتات المزهرة المتجمعة حول النيزك الذي قتل الديناصورات. ومع ذلك، فإن أحدث الأبحاث تظهر أن ازدهار كاسيات البذور متعددة الصيغ الصبغية لم يكن حدثًا لمرة واحدة؛ لقد حدث ذلك عدة مرات خلال الـ 150 مليون سنة الماضية. حدد الباحثون ما لا يقل عن تسع مجموعات من حوادث التكرار، وكلها تتوافق مع أحداث بيئية مهمة.
وقال فان دي بير: “إننا نرى مجموعات من نسخ الجينوم الكاملة في الوقت المناسب، وفي كل مرة يتوافق ذلك مع حدث جيولوجي مهم موصوف، سواء كانت فترة تبريد عالمية، أو فترة الاحتباس الحراري، أو ما إذا كان هناك حدث انقراض”.
كيفن بيردوقال الباحث الذي يدرس الجينوم التطوري لتعدد الصيغ الصبغية في كيو جاردن في لندن ولم يشارك في الدراسة الجديدة، إن البحث الجديد يساعد في البناء على العمل السابق. وقال: “إن نتائج الدراسة هي إشارة مثيرة للغاية حول كيفية بقاء الحياة وتطورها خلال الفترات الأكثر تطرفا في تاريخ كوكبنا”. “بالنظر إلى أن النتائج الأولية في عام 2009 كانت حول مجموعة واحدة من الأحداث المزدوجة القديمة منذ حوالي 60 إلى 70 مليون سنة، فقد كان من المفاجئ اكتشاف أدلة على ما يصل إلى تسعة من هذه الانفجارات عبر تاريخ النباتات”.
ومع ذلك، أشار إلى أن البحث يجب أن يكون نقطة انطلاق لمزيد من التحقيق. قال بيرد لموقع Live Science: «بشكل عام، يتم العمل بعناية شديدة باستخدام بعض أفضل الطرق المتاحة حاليًا، ولكن هناك دائمًا الكثير من عدم اليقين عندما تقوم بإسقاط مئات الملايين من السنين في الماضي».
يقول العلماء إنه في المستقبل، مع تغير المناخ، من المرجح أن تصبح الأبحاث في مجال polyploids ذات أهمية متزايدة.
وقال: “إن تعدد الصبغيات أكثر قدرة على التعامل مع الإجهاد، كما أن الظروف المجهدة يمكن أن تحفز تعدد الصبغيات”. دوغلاس سولتيس، عالم أحياء في متحف التاريخ الطبيعي في فلوريدا ولم يشارك في البحث ولكنه يتعاون مع فان دي بير. “سيكون عصر الأنثروبوسين (العصر البشري) – وربما يكون بالفعل – فترة من التوتر من شأنها أن تحفز تعدد الصبغيات وأيضًا اختيار تعدد الصيغ الصبغية.”
ويوافق بيرد على أن تغير المناخ يمكن أن يؤدي إلى موجة أخرى من تضاعف الجينوم، لكنه أشار إلى أن الأمر سيستغرق ملايين السنين لمعرفة كيف سيشكل هذا الانفجار تطور النبات. “ما قد نتوقع رؤيته في الوقت الحاضر هو أن المجموعات متعددة الصبغيات أكثر قدرة على تحمل تقلبات الطقس وتكثيفه وتدهور الموائل الناجمة عن تغير المناخ وغيرها من الاضطرابات البشرية للموائل”.
يقوم فان دي بير وفريقه بتصنيع نباتات متعددة الصبغيات بشكل مصطنع ويبحثون في كيفية استجابتها للتوتر. وقال: “يجب أن تكون هناك ميزة إجهاد في polyploids، ولكن هناك الكثير مما لا نعرفه بعد عن ذلك”.
المصدر الأصلي: www.livescience.com
