يكشف جينوم البط قصة تطور الثدييات

البطة من أغرب الحيوانات على وجه الأرض. وله منقار يشبه منقار البطة، إلا أن جسمه مغطى بالكامل بالفراء. ينتج الحليب ولكن بدون حلمات. وكما لو كان الأمر يزيد من تعقيد الأمر، فهو لا يلد ذرية بل يضع البيض

قام فريق دولي من الباحثين بفك وتحليل جينوم البط، وهو حيوان ثديي ينتج الحليب ولكنه يضع البيض. تتمتع البطة بخصائص الزواحف والثدييات على حد سواء، وتشير الرؤى التي تم الحصول عليها من الجينوم الخاص بها إلى أصلها من الزواحف والتقدم التطوري الذي مرت به في طريقها لتصبح حيوانًا ثدييًا مثاليًا.

عندما رأى علماء الطبيعة الأوروبيون جثة البطة المحشوة لأول مرة، اعتقدوا أنها مزحة سيئة. كان تفكيرهم الأول هو أن شخصًا ما قد قام بخياطة منقار البط على جسد سمور كامل النمو. من الصعب إلقاء اللوم عليهم، فالبط من أغرب الحيوانات على وجه الأرض. وله منقار يشبه منقار البطة، إلا أن جسمه مغطى بالكامل بالفراء. ينتج الحليب ولكن بدون حلمات. وكما لو كان الأمر يزيد من تعقيد الأمر، فهو لا يلد ذرية بل يضع البيض. باختصار، إنه مزيج وتطابق من السمات التي اعتدنا رؤيتها في الطيور والزواحف والثدييات - ولكن ليس معًا.

وفي السنوات الأخيرة، اجتمع العلماء من جميع أنحاء العالم بهدف فك رموز جينوم البطة، وفهم كيفية ارتباط سماتها غير العادية بالحمض النووي الخاص بها. نُشر تحليل الجينوم يوم الثلاثاء (8 مايو) في مجلة Nature العلمية، وقد يساعد العلماء في الوصول إلى فهم أكثر اكتمالاً لتطور جميع الثدييات، بما في ذلك البشر. وتصنف البطة نفسها ضمن الثدييات، لأنها مغطاة بالفراء وتنتج الحليب.

يقول الدكتور ريتشارد ك.: "إن المزيج الرائع من السمات الموجودة في جينوم البط يوفر العديد من الأدلة حول التطور وطريقة عمل جينومات الثدييات". ويلسون، مدير مركز الجينوم بجامعة واشنطن والمؤلف الرئيسي لهذه الورقة. "من خلال مقارنة جينوم البط بجينومات الثدييات الأخرى، يمكننا دراسة الجينات التي تم الحفاظ عليها أثناء التطور."

تمثل البطة أحد البراعم الأولى لسلالة الثدييات التي بدأت وجودها منذ حوالي 166 مليون سنة. إنها واحدة من أقدم أسلاف الثدييات البدائية، وبينما فقدت الثدييات اللاحقة سماتها الزواحفية، لا تزال البطة تمثل بأمانة النسب القديم الذي انحدرت منه.

يحلل المقال المنشور في مجلة Nature تسلسل الجينوم لبطة تدعى جليني، من نيو ساوث ويلز، أستراليا. تم تمويل المشروع بشكل كبير من قبل المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري، التابع للمعاهد الوطنية للصحة في الولايات المتحدة الأمريكية. مؤلفو الدراسة جاءوا من الولايات المتحدة، أستراليا، إنجلترا، ألمانيا، اليابان، نيوزيلندا، إسبانيا وبالطبع - أيضًا من إسرائيل، في شخص البروفيسور دورون لانتز من معهد وايزمان للعلوم.

يقول الدكتور فرانسيس إس: "للوهلة الأولى، تبدو البطة نتاج حادث تطوري". كولينز، مدير المعهد الوطني لأبحاث الجينوم البشري. "ولكن على الرغم من شكله الغريب، إلا أن تسلسل الجينوم الخاص به لا يقدر بثمن، وسيسمح لنا بفهم كيفية تطور العمليات البيولوجية في الثدييات."

"على الرغم من أننا كنا دائمًا قادرين على مقارنة ووزن هذه المخلوقات بناءً على سماتها الجسدية وتشريحها الداخلي وسلوكها، إلا أنه من المدهش حقًا أن نكون قادرين على مقارنة "خطط المخلوقات" الخاصة بهم، والنظر عن كثب في كيفية إحداث التطور للتغيير". يقول ويلسون.

وكجزء من التحليل، قارن الباحثون جينوم البط مع جينومات الإنسان والفأر والكلب والأبوسوم (الجرابي) والدجاج. تم اختيار الدجاج كممثل لطبقات البيض، والتي تشمل أيضًا الزواحف المنقرضة منذ فترة طويلة، ولكن تم نقل جزء كبير من الحمض النووي الخاص بها إلى البط والثدييات الأخرى أثناء التطور.

ومن أهم التطورات في التحول من الزواحف إلى الثدييات كان الانتقال من وضع البيض إلى ولادة الحيوانات الماصة للحليب. يحتوي البيض على العديد من العناصر الغذائية التي تسمح للجنين بالنمو بداخله. أما الثدييات فتغذي الجنين داخل الجسم، عن طريق المشيمة، وبعد ولادته ترضعه بالحليب الغني. لا بد أن التطور الذي مرت به الزواحف القديمة إلى الثدييات التي نعرفها اليوم كان طويلا ومتعرجا، والبط نوع من "الأحفورة الحية" التي تكشف لنا إحدى مراحل هذا التحول. واكتشف الباحثون أن الحمض النووي للبط يعكس هذا الوضع. فهو يحتوي على جميع الجينات اللازمة لصنع الكازين، وهو بروتين مهم في الحليب. من ناحية أخرى، فإن جينات فيتيلوجينين، التي تشكل صفار البيض، هي في طور الاختزال - حيث توجد نسخة واحدة فقط من جينة فيتيلوجينين في البط، بينما توجد ثلاث نسخ في الدجاج. بمعنى آخر، تطورت أولاً القدرة على إنتاج الحليب، وعندها فقط بدأ نظام وضع البيض لدى الزواحف في التدهور.

وحاول الباحثون أيضًا تحديد أي من سمات البطة مرتبطة بالزواحف على مستوى الحمض النووي. يتسلح ذكور البط بمهمازات على أرجلهم الخلفية، يمكنهم من خلالها حقن جرعة من السم قوية بما يكفي لقتل كلب. وعندما قام العلماء بتحليل التسلسل الجيني المسؤول عن إنتاج السم في ذكر البط، اكتشفوا أن هذه الجينات تطورت من جين يسمى ديفينسين، والذي قام في الأصل بترميز بروتين مضاد للميكروبات. كما تطور الترميز الجيني لسم الزواحف المختلفة من جين الديفينسين، ولكن بطريقة مختلفة. ومن الواضح أن هذه الحالة هي مثال جميل للتطور المتقارب في المخلوقات المختلفة.

وفي إسرائيل، انضم البروفيسور دورون لانتز والدكتورة تسفيا أولاندر من معهد وايزمان إلى البحث، حيث قاما بمراجعة الجينوم والبحث عن أدلة حول الجهاز الحسي للبط. واكتشفوا أن البط، مثل العديد من الثدييات والزواحف، يتمتع بنظامين شميين متوازيين. أما النظام الثاني، ويسمى الجهاز الميكعي الأنفي، فهو غير موجود لدى الإنسان، ويمكّن من استشعار المواد الصلبة والسائلة التي لا تنتقل بالهواء. هذا النظام له تشابه معين مع الجهاز الحسي لللسان. على سبيل المثال، يسمح للثعابين التي ترسل ألسنتها إلى الأرض أمامها، أن تشعر بآثار فرائسها في التراب. تتكيف البطة بشكل جيد مع بيئتها تحت الماء، حيث تقضي معظم حياتها. يغلق عينيه وأذنيه عندما يسبح، لكن يبدو أنه قادر على تحديد موقع "الروائح" حتى تحت الماء بمساعدة الجهاز الميكعي الأنفي. وتتجلى أهمية هذا العضو الموازي في حقيقة أنه في حين أن معظم الثدييات لا تمتلك أكثر من مائة أو مائتي مستقبلات شمية ميكعية أنفية، فإن البط لديه حوالي ألف من هذه المستقبلات، مما قد يسمح لها بتتبع الفريسة تحت الماء كما لو كانت. كلب صيد.

ولعل الاكتشاف الأكثر إثارة للدهشة في الدراسة هو أن البطة لديها ما لا يقل عن عشرة كروموسومات جنسية. على سبيل المقارنة، لدى البشر اثنين فقط من الكروموسومات الجنسية - X وY. تختلف الكروموسومات الجنسية للبط كثيرًا عن تلك الموجودة في الثدييات الأخرى، وفي الواقع لا يوجد تشابه بين الكروموسومات الجنسية لدينا والكروموسومات الجنسية للبط. كروموسوم البط الوحيد الذي يشبه كروموسوم X لدينا هو الجسيم الجسدي رقم 6، وهو ليس كروموسومًا جنسيًا. تتوافق هذه النتيجة مع النظرية التي تم اقتراحها منذ فترة طويلة، والتي بموجبها تطورت الكروموسومات الجنسية للثدييات من الكروموسومات الطبيعية - الجسيمات الذاتية - للزواحف.

من الصعب أن نصدق أن عالم الطبيعة الأوائل الذي أرسل أول ذبيحة بط محنطة إلى أوروبا تصور في ذهنه أنها ستكون لها مثل هذه الأهمية الكبيرة. أدى تسلسل جينوم البط وتحليله إلى العديد من الأفكار التي ألقت ضوءًا جديدًا على العمليات التطورية التي حدثت أثناء الانتقال من الزواحف إلى الثدييات قبل 166 مليون سنة. تساعدنا هذه الأفكار على فهم المكان الذي أتينا منه والتغييرات التي مررنا بها على الطريق الطويل من الثعبان إلى الإنسان بشكل أفضل.

شكرًا للبروفيسور دورون لانتز من معهد وايزمان على مساعدته ونصائحه. (ولمعرفه المركز مقالات البروفيسور لانتز)

للحصول على معلومات على الموقع الإلكتروني لجامعة واشنطن في سانت لويس
مصدر: