يحتوي مخلوق المياه العذبة أحادي الخلية على سبعة أنواع محددة عشوائيًا
بقلم: نوعم ليفيثان، ويونات أشكار
تنقسم العديد من المخلوقات إلى زوجين (نوع): الذكر والأنثى. وأحيانا تظهر خصائص التزاوج على فرد واحد كما في بعض النباتات والرخويات، وأحيانا على أفراد متفرقة كما هو الحال عندنا نحن البشر. لا يمكن للكائنات ثنائية الجنس أن تتكاثر لا جنسيًا إلا من خلال ممارسة الجنس مع الشريك الآخر. فالمرأة مثلاً لا تستطيع أن تنجب ذرية إلى الدنيا دون أن يتدخل الرجل في الأمر، والعكس صحيح؛ وإذا كان التعايش مع زوجين يكون في بعض الأحيان معقدًا ومعقدًا، فماذا سيقول هاريسنيت (رباعي الغشاء ثيرموفيلا)، أزواجها السبعة؟
رباعية الغشاء هي كائنات هدبية - وهي خلية واحدة مغطاة بأهداب تعيش في المياه العذبة وتتكاثر في الغالب عن طريق التكاثر اللاجنسي، عن طريق الانقسام. يتمتع التكاثر اللاجنسي بالعديد من المزايا، بما في ذلك نقل جميع جينات الأم إلى النسل، وكذلك توفير الحاجة إلى البحث عن شركاء. ولكن هذه المزايا لها ثمن أيضاً، ألا وهو الافتقار إلى التنوع الجيني. وهذا التنوع الذي يحدث في التكاثر الجنسي أثناء التزاوج - أي عند اختلاط الجينات من الأبوين - يساعد في التعامل مع الطفيليات ومع الظروف البيئية المتغيرة. وبالفعل، في حالات التوتر، عندما تتغير الظروف البيئية إلى الأسوأ، كما في حالة نقص الغذاء، تتحول رباعيات الغشاء من التكاثر أحادي الجنس إلى التكاثر الذي يتضمن التزاوج.
من خصائص رباعيات الغشاء، مثل غيرها من الهدبيات، أنها تحتوي على نواتين، واحدة كبيرة والأخرى صغيرة. تشتمل النواة الصغيرة، والتي تسمى بالنواة الجرثومية، على جينوم رباعي الغشاء، وهو مرتب في خمسة كروموسومات ويظهر كل كروموسوم في نسختين (ثنائية الصبغيات). هذه النواة عادة ما تكون غير نشطة، ولا تعود إلى الحياة إلا في حالة التزاوج. أما النواة الكبيرة، وهي نواة الجسم، فتشمل معظم جينوم القزحية، وتنقسم إلى كروموسومات كثيرة جداً، حوالي 225، تظهر في نسخ عديدة. الجينوم الموجود في هذه النواة نشط ومسؤول عن جميع عمليات رباعية الغشاء: فهو الذي يرمز إلى إنشاء أكثر من 27 ألف بروتين، ويشارك في التكاثر اللاجنسي، ويحدد أي زوج - من بين سبعة أزواج محتملة - تنتمي رباعية الغشاء المحددة.
كيف يتم تحديد الاقتران؟
بالفعل في الخمسينيات من القرن العشرين، كان من المعروف أنه عندما تتزاوج رباعيات الغشاء، فإنها تفعل ذلك كواحد من سبعة أزواج، حيث يمكن لكل زوج أن يتزاوج مع أي من الأزواج الستة الأخرى، ولكن ليس مع نفسه. يمكن أن يكون رفيق كل من النسلين الناتجين أيًا من السبعة الممكنين، بغض النظر عن رفيق الوالدين. اكتشفت مارسيلا سرفانتس (سرفانتس) من جامعة كاليفورنيا في سانتا باربرا وزملاؤها من الولايات المتحدة والصين، في مقال نشر في المجلة الإلكترونية بلوس الأحياءكيف يتم تحديد الاقتران بين النسل.
في عملية التزاوج في رباعيات الغشاء، والتي تسمى الاقتران، تلتصق أهدابتان من شركاء مختلفين وتتصلان، وتنقسم النواة الجرثومية لكل منهما عن طريق الانقسام الاختزالي وتصبح نواتين ابنتين تحتوي كل منهما على مجموعة واحدة فقط من الكروموسومات، التي دورها يشبه تلك الموجودة في خلايا الحيوانات المنوية والبويضات لدينا. تمر إحدى هذه النواة الابنة من كل رباعية أغشية إلى رباعية أغشية أخرى، وتندمج مع النواة الابنة التي تبقى هناك، للحصول على نواة الزيجوت - والتي تعادل البويضة المخصبة. وفي الوقت نفسه تتفكك نواة جسم كل هدب وتتدمر. في هذه المرحلة تنفصل الأهداب عن بعضها البعض وتنقسم نواة الزيجوت لتستقبل نواة جرثومية جديدة تشمل جميع المادة الوراثية لرباعي الغشاء، ونواة جسمية جديدة، يتم إزالة وحذف أجزاء من مادتها الوراثية وإعادة ترتيب البعض الآخر.
واكتشف الباحثون أن إعادة الترتيب هذه تحدد اقتران الأهداب، في عملية عشوائية في الغالب. ورأوا أنه في نواة الجرثومة هناك أزواج من الجينات مرتبة رأسا لرأس ومتجمعة معا واحدا تلو الآخر، حيث يمثل كل زوج أحد الأزواج، ولكن الجينات ليست كاملة. ومع ذلك، يوجد في نواة الجسم زوج واحد كامل من الجينات. عندما تتشكل نواة جديدة في الجسم، يتم قطع أزواج الجينات وإزالتها من الجينوم، في كل مرة يتم اختيار زوج عشوائيًا، حتى يبقى زوج واحد فقط في النهاية. وتتصل الأجزاء المفقودة بهذا الزوج، للحصول على جينات كاملة يمكن التعبير عنها وتحديد تزاوج رباعية الغشاء، بغض النظر عن التزاوج الذي حصل لوالديها.
تحديد التزاوج في Tetrahymena. يوجد في النواة الجرثومية أزواج غير مكتملة من الجينات. يوجد في قلب الجسم زوج واحد كامل. يتم الحصول على هذا الزوج بعد أن يتم التخلص من الأزواج الأخرى بشكل عشوائي وهو الذي يحدد الاقتران.
تفترض سرفانتس وزملاؤها أن البروتينات، وهي منتجات الجينات التي تحدد الزوج، توجد على سطح خلية القزحية، بحيث تتمكن القزحيات الأخرى التي تلتقي بها من تحديد الزوج الذي تنتمي إليه، في بطريقة مشابهة للطريقة التي تميز بها خلايا الجسم بين الخلية الذاتية والخلية الغريبة. في رأيهم، يمكن لدراسة رباعية الغشاء أن تعلمنا عن الطريقة التي تتم بها إعادة تنظيم الجينوم، وهي عملية مشابهة لتلك التي تحدث في بعض خلايا جهاز المناعة لدينا. ويمكنه أيضًا إضافة تفاصيل جديدة حول طريقة تطور وعمل القدرة على التمييز بين الذات والغريب، وهو أمر مهم ويتعلق بأمراض المناعة الذاتية ورفض الزرع.
مجلة جاليليو هدية! انقر هنا للحصول على الفائدة
تتجدد أو تموت
الطبيب، بطل مسلسل "دكتور هو"، هو سلالة من أسياد الزمن القادرين على التجدد كوسيلة للهروب من الموت. نتيجة للتجديد يتغير جسم الطبيب، ويصبح شابًا وبصحة جيدة مرة أخرى ويتم تدمير وإعادة توزيع سمات الشخصية القديمة والجديدة. أثناء التزاوج، تمر رباعية الغشاء بعملية مماثلة؛ في بداية التزاوج، يتشبث اثنان من الأهداب الناضجة ببعضهما البعض وفي النهاية، ينفصل اثنان من الأهداب الصغيرة عن بعضهما البعض - النسل.
تحدث عملية التزاوج والجنس وعملية التكاثر بشكل منفصل في الشركات الهدبية وفي معظم الكائنات وحيدة الخلية الأخرى. تتكاثر رباعيات الغشاء - مثل غيرها من الهدبيات - بالتقسيم، والتكاثر اللاجنسي، مما يعني أنها تجلب ذرية جديدة إلى العالم دون الحاجة إلى التزاوج. لكنها ونسلها يتقدمون في السن بمرور الوقت، حيث يكون كل جيل أكبر من والديه، إلى أن لا يتمكنوا من أداء وظائفهم بعد عدة مئات من الانقسامات الهدبية. المهرب الوحيد للأهداب من هذا المصير هو التزاوج، وهي العملية التي يتم فيها دمج وتمازج المادة الوراثية لاثنين من الأهداب المختلفة (بدون انقسام). في نهاية التزاوج، كما ذكرنا سابقًا، يتم الحصول على اثنين من الأهداب الشابة والمتجددة التي يمكنها الاستمرار في التكاثر في التكاثر اللاجنسي - نوع من نسخة البالغين فقط من "دكتور هو"، وهي النسخة التي ربما كانت ستسعد الكابتن جاك.
تظهر المقالة المحدثة على مدونة الدكتور نعوم ليفيتان سايفيل. تم نشر المقال الأصلي في مجلة جاليليو العدد 177، مايو 2013
لمزيد من القراءة
المقال الأصلي:
سرفانتس، دكتوراه في الطب وآخرون. اختيار أحد أنواع التزاوج المتعددة من خلال ضم وحذف الجزء الجيني في Tetrahymena thermophila. بلوس بيول. 11، e1001518 (2013). دوى: 10.1371/journal.pbio.1001518
الفيلم الكوميدي العلمي لماكي نارو، يدور حول رباعية الأغشية والفرق بين الجنس والجنس.
المزيد عن غاليليو:
* بحث: كيف يمكن للألياف الغذائية أن تمنع السكتة الدماغية؟
תגובה אחת
آلية الاقتران - جميلة جدًا؛ ولكن ما هو جوهر الأزواج السبعة وما الذي يعبر عنه كل زوج وبشكل عام - ما فائدة سبعة أزواج وما هي الآلية التطورية التي أدت إلى ذلك.