كيف يمكن للبحث في البكتيريا أن يجيب على سؤال كيف طورت النباتات والحيوانات سمات جديدة مثل الأجنحة والزهور؟

وبعد ثلاثين يومًا من التطور، تم تحديد تسلسل جينومات البكتيريا التي طورت خصائص أيضية مبتكرة. واكتشفوا أن الطفرات تؤثر بشكل أساسي على الجينات المشاركة في النسخ والتمثيل الغذائي، وأن الابتكار يميل إلى التطور من خلال طفرات في الجينات المكررة الموجودة في الجينوم البكتيري.

في التطور، لعب تطوير سمات جديدة مهمة مثل الأجنحة أو الزهور أو القرون أو الأطراف دورًا مركزيًا في تمكين المخلوق من الاستفادة من الفرص الجديدة في بيئته.

والسؤال المطروح هو كيف ظهر تكامل النية الجديدة من الناحية الجينية. استخدمت دراسة جديدة أجراها فريق دولي بقيادة باحثين من جامعة أكسفورد بكتيريا لإظهار كيف يمكن أن يكون تضاعف الجينات بمثابة قالب يسمح للكائنات الحية بتطوير سمات جديدة من نسخ زائدة عن الحاجة من الجينات الموجودة.

لقد تم اقتراح ازدواجية الجينات كعامل رئيسي في الابتكار التطوري منذ السبعينيات، لكن النتائج الحالية أضافت أدلة تجريبية لدعم النظرية. تم نشر البحث الذي تم بالتعاون مع باحثين من جامعة زيورخ في مجلة PLOS Genetics.

وقال البروفيسور كريج ماكلين، زميل ويلكوم في قسم علم الحيوان بجامعة أكسفورد: "إن ظهور سمات جديدة مثل الأجنحة والزهور لعب دورًا مهمًا في تطور التنوع البيولوجي. ومع ذلك، فمن الصعب أحيانًا فهم التغيرات الجينية التي حدثت بالفعل والتي أدت إلى هذه الابتكارات التطورية.
وقال: "لقد استفدنا من القدرة الكامنة في نموذج بكتيري بسيط، حيث تطور البكتيريا القدرة على تناول الطعام من مصدر غذائي جديد للتغلب على العقبة".

وقد مكّن الباحثون 380 مجموعة من بكتيريا Pseudomonas aeruginosa من تطوير خصائص مبتكرة، مثل القدرة على هضم السكريات الجديدة. أعطى هذا للباحثين فرصة لمشاهدة التطور يحدث في الوقت الحقيقي.

وبعد ثلاثين يومًا من التطور، تم تحديد تسلسل جينومات البكتيريا التي طورت خصائص أيضية مبتكرة. واكتشفوا أن الطفرات تؤثر بشكل رئيسي على الجينات المشاركة في النسخ والتمثيل الغذائي، وأن الابتكار يميل إلى التطور من خلال طفرات في الجينات المكررة الموجودة في الجينوم البكتيري.

إن التكاثر يدفع الابتكار لأن التكرار الوراثي الذي يوفره التكاثر يسمح للبكتيريا بتطوير خصائص استقلابية جديدة دون المساس بالخصائص الموجودة. تثير هذه النتائج الفرضية القائلة بأن أحداث التكرار الماضية ربما كانت مهمة للابتكارات المستقبلية.
وأضاف البروفيسور ماكلين: "الفكرة الرئيسية في بحثنا هي أن وجود نسخ زائدة من الجينات يزود البكتيريا بنموذج لتطوير خصائص جديدة دون التضحية بالخصائص الموجودة. بمعنى آخر، الجينات الزائدة تسمح للبكتيريا بخبز الكعكة وأكلها".
"في الكائنات الأرضية مثل الحيوانات والنباتات، تظهر الجينات المكررة من التكرار التلقائي للجينات الموجودة. في المقابل، تميل البكتيريا إلى اكتساب جينات زائدة من الخلايا البكتيرية المجاورة من خلال نقل الجينات الجانبي، وهو المعادل البكتيري للجنس.
"توفر هذه النتائج أدلة تجريبية تدعم دور ازدواج الجينات في الابتكار التطوري، وتفترض أنه قد يكون من الممكن التنبؤ بقدرة البكتيريا المسببة للأمراض على تطوير سمات سريرية مهمة مثل الفوعة أو مقاومة المضادات الحيوية."

لإشعار الباحثين

للمادة العلمية