إن الاندماج بين الحمل الجيني للميتوكوندريا والخلية المضيفة هو الذي سمح بتطور حقيقيات النوى والكائنات الحية متعددة الخلايا المتطورة التي نعرفها اليوم".
يعد التكاثر الجنسي أحد أكثر الألغاز التطورية غموضًا والتي يساء فهمها. قام تشارلز داروين بتوسيعها وعرفها بأنها "ملكة الأسئلة". اليوم، تعيش مجموعتان من المخلوقات على الأرض - المجموعة الأولى هي البكتيريا، وهي كائنات صغيرة وحيدة الخلية، والمجموعة الثانية، المعروفة باسم "حقيقيات النوى"، لديها نواة حقيقية. تضم هذه المجموعة البشر والحيوانات والنباتات والفطريات والعديد من الكائنات الحية وحيدة الخلية مثل الخمائر والطحالب والأميبا. تتكاثر جميع "حقيقيات النوى" تقريبًا، على الأقل في بعض الأحيان، عن طريق التكاثر الجنسي. على الرغم من أن التكاثر الجنسي يبدو لنا هو الشكل الطبيعي للتكاثر، إلا أنه في الواقع عملية غريبة إلى حد ما تتكون من مرحلتين تحدث بالتناوب. في المرحلة الأولى، يتم تكوين الخلايا الجنسية، مثل خلايا الحيوانات المنوية والبويضة. في هذه العملية، المعروفة باسم الانقسام الاختزالي، تنقسم الخلية الواحدة إلى أربع خلايا ابنة، تختلف عن بعضها البعض، وعن كل خلية أخرى، وراثيا. وفي المرحلة الثانية، يتم اندماج خليتين جنسيتين، وهو ما يعرف باسم الإخصاب. وبالتالي فإن التكاثر الجنسي يخلق كائنات فريدة وراثيا لا تشبه أي مخلوق آخر، إلا إذا كانت توأمًا متطابقًا.
التكاثر الجنسي له أسعار كثيرة. يورث كل والد نصف حمله الوراثي فقط للذرية، وتتفكك الزيجات الناجحة في كل جيل، وهناك حاجة للذكور والإناث (من الواضح أن جنسًا واحدًا لا يكفي)، وضرورة العثور على الزوج والعديد من التكاليف الأخرى. في ضوء هذه الأسعار، ليس من السهل تفسير سبب تطور التكاثر الجنسي أثناء التطور ولماذا تم الحفاظ عليه في جميع حقيقيات النوى، الصغيرة والكبيرة. لقد اقترح العديد من الباحثين تفسيرات مختلفة، بعضها غريب جدًا، لتطور التكاثر الجنسي، ولكن تم اقتراح معظمها حتى قبل أن نعرف مدى قدم هذه الظاهرة وكيف تشكلت حقيقيات النوى. في دراسة جديدة نشرت مؤخرا في المجلة العلمية BioEssays، للبروفيسور مايكل برانديز من معهد ألكسندر سيلفرمان لعلوم الحياة في الجامعة العبرية، حاول الباحث فهم تطور التكاثر الجنسي المبكر وقدم فرضيات رائعة.
إن تطوير تقنيات تسلسل الحمض النووي يجعل من الممكن تحديد موقع "الحفريات" في تسلسل الجينوم
ومن أجل فك رموز العمليات التي شكلت الحياة على الأرض، من الضروري الاعتماد على أدلة من الماضي البعيد. "بما أن الأحداث قيد الدراسة وقعت قبل ملياري سنة، فإننا نعتمد على إشارات باقية وضعيفة للغاية. لذلك، هناك العديد من الخلافات والكثير مما لا نعرفه وربما لن نعرفه أبدًا عن السلف الأول حقيقي النواة"، يوضح المقال العلمي. حتى عقود قليلة مضت، كان علينا الاكتفاء بالدلائل المستمدة من الحفريات المحفوظة في قاع البحر. إن تطوير تكنولوجيا تسلسل الحمض النووي يسمح لنا الآن بالاعتماد على "الحفريات" في تسلسل الجينوم. ومن هذه الدراسات تم اكتشاف أن الكائنات حقيقية النواة تنشأ عندما انتقل نوع من البكتيريا ليعيش داخل نوع آخر من البكتيريا. تطورت هذه البكتيريا إلى ما يسمى الميتوكوندريا، وهي توفر معظم احتياجات الطاقة للخلية المضيفة. تعيش الميتوكوندريا والخلية المضيفة في تعاون وثيق، وقد انتقل كل الحمل الوراثي للميتوكوندريا تقريبًا تدريجيًا إلى نواة الخلية المضيفة.
كانت عملية نقل الحمل الوراثي من الميتوكوندريا إلى النواة عملية تدريجية. يتم إطلاق أجزاء من الحمض النووي للميتوكوندريا في الخلية ويتم امتصاصها بشكل عشوائي في الحمض النووي للخلية المضيفة. كما هو الحال مع العمليات العشوائية الأخرى، يتسبب هذا الاختراق في معظم الحالات في ضرر أكثر من نفعه، وفي حالات قليلة فقط من الاختراق أدى إلى تحسين نوعية حياة الخلية. استغرقت هذه العملية وقتا طويلا جدا، وحتى يومنا هذا هناك حالات تمرير شرائح الحمض النووي من الميتوكوندريا إلى النواة. "ولكن في النهاية كان الاندماج بين الحمل الجيني للميتوكوندريا والخلية المضيفة هو الذي سمح بتطور حقيقيات النوى والعديد من المخلوقات-الخلايا المتطورة التي نعرفها اليوم"، يقول الباحث.
على الرغم من أن التطور من خلال الانتقاء الطبيعي ليس عملية مخططة أو مقصودة، إلا أنه خلال هذه العملية تم إنشاء كائنات معقدة ومتطورة من بكتيريا بسيطة. تعتمد عملية الانتقاء الطبيعي على التباين الجيني الناتج، من خلال طفرات عشوائية، من خلال عملية الانقسام الاختزالي، ونتيجة لاختراق الميتوكوندريا وأجزاء الحمض النووي الأخرى في جينوم الخلية. أبرز ما في هذا المقال هو اقتراح البروفيسور برانديز، الذي يشير إلى الانقسام الاختزالي كعملية فرز. في هذا الفرز، من خلال الاختيار، يتم التخلص من النسل الذي لديه جينومات خضعت لعمليات إدخال ضارة للحمض النووي للميتوكوندريا، ويتم مضاعفة النسل الذي يحمل جينومات خضعت لعمليات إدخال مفيدة. إن عملية الفرز هذه هي التي سمحت بالاندماج التدريجي بين الحمل الوراثي للميتوكوندريا وحمل الخلية المضيفة. ويخلص البروفيسور برانديز إلى أن "الانقسام الاختزالي كان ضروريًا للاندماج بين الجينومات وإنشاء كائنات حقيقية النواة المتطورة في عصرنا".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
