العلماء يكشفون لغزًا عمره قرن من الزمان حول العقم الهجين عند الذكور

حددت دراسة جديدة فشل المعالجة الجينية الذي يجعل ذكور ذبابة الفاكهة الهجينة غير قادرين على إنتاج الحيوانات المنوية.

تحدث إحدى اللحظات الحاسمة في التطور عندما يصبح مجموعتان من السكان مختلفتين وراثيا لدرجة أنهما لم يعودا قادرين على إنتاج ذرية خصبة معًا. حتى بين ذوي الصلة الوثيقة صِنف التي لا تزال قادرة على التزاوج، غالبًا ما تصل صغارها الهجين إلى مرحلة البلوغ ولكنها غير قادرة على التكاثر، وهي ظاهرة غالبًا ما تؤثر على الذكور أولاً وقد حيرت علماء الأحياء لأكثر من قرن من الزمان.

دراسة حديثة نشرت في البيولوجيا الجزيئية والتطور يكشف عن خلل خلوي يساعد في تفسير سبب عقم ذباب الفاكهة الهجين. يكشف البحث، بقيادة عضو معهد وايتهيد يوكيكو ياماشيتا، وطالب الدراسات العليا أدريان فونتان، والعالم الكبير رومان لانيس، كيف يمكن أن يساهم انهيار معالجة الجينات الضرورية لإنتاج الحيوانات المنوية في التكوين التدريجي لأنواع جديدة.

ووجد الباحثون أن العديد من الجينات اللازمة لتطوير الحيوانات المنوية تفشل خلال خطوة مبكرة من التعبير الجيني لدى الذكور الهجين. وبدون معالجة هذه الجينات بشكل صحيح، لا تستطيع الخلايا إنتاج البروتينات اللازمة لبناء الحيوانات المنوية الوظيفية.

الانقسام الأخير يكشف عن العقم

ركز العمل على الهجينة من نوعين من ذباب الفاكهة مرتبطين ارتباطًا وثيقًا، وانفصلا عن سلف مشترك منذ حوالي 250 ألف سنة. لا يزال بإمكان هذه الأنواع التزاوج في المختبر، لكن ذريتها الذكورية الهجينة لا يمكنها إنتاج حيوانات منوية فعالة.

وللبحث عن السبب، فحصت الدراسة الجينات الموجودة على كروموسوم Y والتي تعتبر ضرورية لتطور الحيوانات المنوية.

يقول المؤلف الأول المشارك وعالم كبير في مختبر ياماشيتا رومان لانيس: “هذه الجينات الموجودة على كروموسوم Y مطلوبة لإنتاج الحيوانات المنوية”. “إنها كبيرة جدًا ويصعب على الخلية معالجتها، وفي الهجين يكون الأمر فاشلًا تمامًا، فالهجين لا يستطيع صنعها.”

تبدأ جينات كروموسوم Y هذه في العمل مثل الجينات الأخرى. تقوم الخلية أولا بعمل الحمض النووي الريبي نسخة من الحمض النووي تعليمات. قبل أن يتم استخدام الحمض النووي الريبوزي (RNA) لإنتاج البروتينات، يجب على الخلية إزالة الأجزاء غير المشفرة وربط الأجزاء المتبقية بالترتيب الصحيح.

وفي الذباب الهجين، غالبًا ما تنهار هذه الخطوة.

بدلاً من ربط قطع الحمض النووي الريبوزي (RNA) بشكل صحيح، تقوم الخلية أحيانًا بعكس ترتيب بعض القطع. لا يمكن للحمض النووي الريبي (RNA) الناتج أن يصنع بروتينًا وظيفيًا. ونظرًا لأن الجينات المصابة ضرورية لتطور الحيوانات المنوية، فإن الخطأ يمنع الذكور الهجين من إنتاج الحيوانات المنوية.

الحمض النووي المتكرر يكشف الكسر

تم إرجاع الخلل إلى سمة ملحوظة لهذه الجينات: فهي كبيرة بشكل غير عادي.

ويأتي جزء كبير من هذا الحجم من الحمض النووي المتكرر داخل الجينات. تُعرف هذه المناطق المتكررة بالحمض النووي الساتلي، وهي تتكون من أنماط قصيرة من الحمض النووي يتم نسخها عدة مرات متتالية.

يقول ياماشيتا، وهو أيضًا أستاذ علم الأحياء في جامعة كاليفورنيا: “يتكون الحمض النووي التابع للأقمار الصناعية من تسلسلات قصيرة متكررة يمكن أن تمتد لمناطق طويلة جدًا”. مع ومحقق HHMI. “نظرًا لأنها لا تشفر البروتينات ويصعب تحليلها باستخدام الأدوات الجينية القياسية، فإن الناس لم يدرسوها تاريخيًا كثيرًا.”

يتطور الحمض النووي الساتلي أيضًا بسرعة. وحتى الأنواع ذات الصلة الوثيقة يمكن أن تحمل نسخًا مختلفة جدًا من هذه التسلسلات المتكررة.

قد تساعد هذه الاختلافات في تفسير الفشل الذي شوهد في الذكور الهجين. قد يطور كل نوع أنظمة خلوية مناسبة لمعالجة الحمض النووي المتكرر الخاص به. عندما تتجمع المادة الوراثية من نوعين معًا في هجين، فقد لا تتمكن هذه الأنظمة من التعامل مع الحمض النووي بشكل صحيح.

وأوضح ياماشيتا أن الجينات الكبيرة يصعب بالفعل على الخلايا معالجتها. وفي السيارات الهجينة، يبدو أن الصعوبة الداخلية تصبح أكبر.

يقول ياماشيتا: «حتى في الأنواع النقية، يصعب معالجة هذه الجينات الكبيرة». “لكن هذه الأنواع طورت طرقًا للتعامل مع هذا التحدي. عندما تجمع بين نوعين في هجين، يمكن أن ينكسر هذا النظام.”

قد يفشل كروموسوم Y أولاً

وتساعد النتائج أيضًا في تفسير نمط أوسع في التطور. عندما تكون الهجينة بين الأنواع عقيمة، فإن الجنس المصاب غالبًا ما يكون هو الذي يحتوي على كروموسومين جنسيين مختلفين. في ذباب الفاكهة والبشر، يمتلك الذكور كروموسوم X واحدًا وكروموسوم Y واحدًا، بينما تمتلك الإناث كروموسومين X.

نظرًا لأن كروموسوم Y يتطور بسرعة ويحتوي على العديد من التسلسلات المتكررة، فقد يكون عرضة بشكل خاص لعدم التوافق الذي يظهر عندما تتزاوج الأنواع.

تعتبر ذباب الفاكهة مفيدة لدراسة هذه المشكلة لأنها تتكاثر بسرعة ويسهل فحصها في المختبر. وقد تباين النوعان المستخدمان في هذه الدراسة مؤخرًا نسبيًا، مما أعطى العلماء طريقة لدراسة المراحل المبكرة من العزلة الإنجابية.

على الرغم من أن الأبحاث تركزت على الذباب، إلا أن عمليات مماثلة قد تحدث في كائنات حية أخرى. ويلاحظ التغير السريع في كروموسوم Y في العديد من الأنواع، بما في ذلك الثدييات.

يقول ياماشيتا: “أنا مهتم حقًا بفهم سبب انقسام الأنواع وعدم توافقها”.

فكرة تتجاوز التطور

نفس الأساليب الحسابية المستخدمة في هذه الدراسة قد تساعد أيضًا في التحقيق في الأمراض البشرية التي تنطوي على جينات كبيرة للغاية. تمتد بعض الجينات البشرية عبر ملايين قواعد الحمض النووي وقد يصعب على الخلايا معالجتها بشكل صحيح، بما في ذلك الجينات المرتبطة بالاضطرابات العضلية والعصبية.

ومن خلال تحديد الفشل الدقيق في معالجة الجينات، تعطي الدراسة رؤية أوضح لكيفية تداخل الاختلافات الجينية بين الأنواع مع التكاثر.

مرجع: “الربط المعيب للجينات العملاقة المرتبطة بالكروموسوم Y يساهم في عقم الذكور الهجين في ذبابة الفاكهة” بقلم Adrienne Fontan، Romain Lannes، Jaclyn M Fingerhut، Jullien M Flynn، Yukiko M Yamashita، 16 فبراير 2026، البيولوجيا الجزيئية والتطور.
دوى: 10.1093/مولبيف/msag045

التمويل: معهد هوارد هيوز الطبي (YMY).

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.