الملكات الحمراء والسرطانات الصغيرة والبكتيريا الطفيلية

حتى في العلاقة بين الطفيلي والضحية، يتصرف التطور مثل الملكة الحمراء في أليس في بلاد العجائب - عليك الركض لتبقى في مكانك

تم تسمية أحد أشهر المبادئ في البحث التطوري على اسم مشهد من كتاب لويس كارول "من خلال المرآة وما وجدته أليس هناك" - وهو تكملة لـ "أليس في بلاد العجائب". في المشهد، تفوز ملكة القلوب بسباق يركض فيه الجميع بأسرع ما يمكن، لكنهم لا يصلون إلى أي مكان. عندما تسألها أليس عن ذلك، تجيب الملكة أن هذه هي الفكرة بالضبط - عليك الركض بكل قوتك فقط للبقاء في نفس المكان.

يتحدث مبدأ "الملكة الحمراء" عن نفس الشيء تمامًا - لا تركض لتتقدم، ولكن حتى لا تتخلف عن الركب. ومن الأمثلة على ذلك الأشجار الموجودة في إحدى الغابات الاستوائية - لكي تحصل على كمية ضوء الشمس التي تحتاجها، بدأت الأشجار في هذه الغابات الكثيفة تنمو أعلى فأعلى لتمر عبر قمم الأشجار من حولها. اليوم، تستثمر الأشجار الكثير من الموارد، والتي كان من الممكن استثمارها في إنتاج المزيد من البذور أو نشرها بكفاءة أكبر، في تطوير جذوع يبلغ طولها 50 مترًا وأكثر. لكن كمية ضوء الشمس التي تصل إليها لم تزد منذ بدأ "سباق التسلح" هذا - أي أن الأشجار "ركضت" أسرع فأسرع فقط لتبقى بالضبط عند نقطة البداية. الأشجار التي لم تشارك في السباق ولم تطور جذوعًا طويلة، بدأت تتخلف عن الركب وتستقبل ضوءًا أقل فأقل.

الموقف الآخر الذي يتجلى فيه مبدأ الملكة الحمراء هو العلاقة بين الطفيلي والمضيف. يطور المضيف طرقًا مختلفة لصد الطفيلي، ويحاول الطفيلي التغلب على دفاعات المضيف، وإذا ركض كلاهما بسرعة كافية، فلن يتغلب أي من الطرفين على الآخر - وتبقى معدلات الإصابة بالطفيلي ثابتة إلى حد ما.

إحدى المشكلات في الأبحاث التطورية للطفيلي والمضيف هي أن الباحثين قادرون على النظر إلى الوضع بين الطرفين في أي لحظة، لكن ليس لديهم طريقة لاستخلاص استنتاجات مهمة حول الوضع في الماضي. منذ أكثر من عام بقليل، تم نشر مقال في مجلة Nature حيث وجد الباحثون البلجيكيون طريقة للقيام بذلك بالضبط - لإلقاء نظرة على تاريخ الطفيلي والمضيف.

قام آلان ديكايستكر (ديكاستيكر) وزملاؤه بدراسة سلطعون مائي صغير يسمى برغوث الماء (Daphnia) يبلغ طوله ملليمترًا واحدًا، وبكتيريا طفيلية تسمى Pasteuria ramosa. عندما تصاب برغوث الماء ببكتيريا، فإنها لا تموت على الفور، ولكنها غير قادرة على التكاثر، وتصبح أكبر وأكثر قتامة - لذلك من السهل جدًا التعرف على السرطانات المصابة. وميزة دراسة هذه المخلوقات هي أن كلا من نباتات الدفنيا والبكتيريا الطفيلية تخلق أجسامًا تكاثرية يمكن أن تدخل في حالة سبات وتبقى على هذا النحو لسنوات، مغمورة في الوحل في قاع البحيرة. وتمثل الطبقات المختلفة في الرواسب الموجودة في البحيرة أوقاتا مختلفة، وبذلك تمكن الباحثون من الحفر والعثور على نباتات الدفنيا -مع البكتيريا الطفيلية الخاصة بها- التي تمثل التجمع السكاني الذي كان منتشرا في البحيرة منذ سنوات، وزراعتها في المختبر.

في الطبقة السفلى كانت هناك نباتات الدفنيا منذ 39 عامًا. جمع الباحثون عينات من 8 طبقات مختلفة، وقاموا بتعريض نباتات الدفنيا من كل طبقة إلى بكتيريا من تلك الطبقة، ومن طبقة سابقة، ومن طبقة لاحقة. اتضح أن البكتيريا كانت أكثر نجاحًا في إصابة نباتات الدفنيا من طبقتها، مقارنة بالدفنيا من الطبقة السابقة - أي تلك التي كانت شائعة في البحيرة في أوقات سابقة. كما تم لصق نباتات الدفنيا من طبقة لاحقة بشكل أقل نجاحًا من تلك الموجودة في نفس الطبقة. وخلص الباحثون إلى أنه في كل لحظة زمنية، يتغير الطفيلي ليتكيف مع المظهر الجيني للدفنيا الذي كان شائعا في ذلك الوقت.

إحدى الفرضيات الشائعة فيما يتعلق بالعلاقة بين الطفيلي والمضيف تدعي أن أفضل استراتيجية للمضيف هي إنتاج ذرية تختلف وراثيًا عن بعضها البعض قدر الإمكان - وبهذه الطريقة سيكون من الصعب على الطفيلي التكيف وإصابة الجميع النسل، وسيظل بعضهم على الأقل بصحة جيدة وخاليًا من الطفيليات. وتشير فرضية أبعد مدى (وأكثر إثارة للجدل) إلى أن تجنب الطفيليات كان الدافع الأساسي للتحول من التكاثر اللاجنسي إلى التكاثر الجنسي، وهو ما ينتج عنه تنوع جيني أكبر بكثير. أظهرت نتائج هذه التجارب أن التركيب الجيني لمجموعات برغوث الماء يتغير بسرعة مع مرور الوقت، وكذلك تكوين الطفيليات - معه. حقيقة أن نباتات الدفنيا كانت أكثر مقاومة للبكتيريا من الطبقات اللاحقة تشير إلى أن قدرة البكتيريا على العدوى لم تتحسن على مر السنين من حيث القيمة المطلقة، ولكن في أي وقت قامت البكتيريا بتحسين قدرتها على إصابة نباتات الدفنيا الشائعة في البحيرة على طول معهم. تتوافق النتائج مع نموذج حاسوبي بناه الباحثون، والذي اعتمد على افتراض أن الترددات المختلفة للأنماط الجينية (جميع جينات فرد معين) شائعة في أوقات مختلفة في المجموعتين السكانيتين، وأن نمطًا وراثيًا معينًا من البكتيريا يصيب نوع وراثي معين من برغوث الماء جيد بشكل خاص.

ولعل أهم اكتشاف توصل إليه الباحثون هو أنه مع كل التغيرات الجينية التي خضعت لها المجموعتان، فإن قدرة البكتيريا على نقل العدوى - إلى نباتات الدفنيا التي عاشت معها - لم تتغير كثيرا. وهذا يتوافق تمامًا مع مبدأ "الملكة الحمراء" - بعد كل التغييرات، لم يتقدم السرطان ولا الطفيلي إلى ما هو أبعد من نقطة البداية. هذه هي الطريقة التي تمكنت بها الرواسب الموجودة في بحيرة بلجيكية من إعادة تاريخ برغوث الماء وطفيلياتها إلى الحياة - والحصول على دليل قوي بشكل خاص على أحد أكثر المبادئ التطورية شهرة.