من يحتاج إلى الجنس عندما يمكنك أن تجف؟

عن الجنس والطفيليات والملكات الحمراء والدوارات المجففة

بقلم: نوعم ليفيثان، ويونات أشكار

لماذا تحتاج فعلا إلى ممارسة الجنس؟ تتكاثر الغالبية العظمى من الأنواع الحيوانية عن طريق التكاثر الجنسي، على الرغم من الإسراف الذي ينطوي عليه الأمر. وربما يكون هناك سبب لذلك: وفقا للنظريات المقبولة، فإن الحيوان الذي يستمر في التكاثر اللاجنسي لفترة طويلة سوف ينقرض في النهاية. ومن بين أمور أخرى، فإن الانقراض متوقع لأن الطفيليات التي تهاجم الحيوان، ولكنها تتكاثر بالتكاثر الجنسي، ستتطور بشكل أسرع منه وتتسبب في انقراضه. تم إجراء دراسات حول تطور التكاثر الجنسي، من بين أمور أخرى، على القواقع، حيث يمكن العثور على أنواع تتكاثر عن طريق التكاثر الجنسي جنبًا إلى جنب مع الأنواع المماثلة التي تتكاثر لا جنسيًا، وفي الدوارات - اللافقاريات المجهرية التي تعيش في بيئات المياه العذبة. على عكس الحيوانات اللاجنسية الأخرى، فإن الدوارات، التي تنتمي إلى طائفة Bdelloidea، ظلت على قيد الحياة لمدة 80 مليون سنة على الرغم من أنها تتكاثر فقط عن طريق التكاثر اللاجنسي. في هذا الإدخال، وهو الثاني في سلسلة من المقالات التي تتناول الطفيليات، سوف ندرس مزايا وعيوب التكاثر اللاجنسي. ولماذا تخلت عنها معظم الكائنات الحية؟ وكيف تعيش الدوارات وتزدهر؟

لماذا الجنس؟ بسبب الطفيليات

لقد ظل علماء الأحياء يحققون منذ ما يقرب من 40 عامًا في سبب وجود الجنس، وهي الأبحاث التي بدأت عندما أوضح عالم الأحياء البريطاني جون ماينارد سميث أن الحيوانات التي تتكاثر من خلال التكاثر الجنسي تدفع ثمناً باهظاً مقابل ذلك. ففي نهاية المطاف، تتمتع الحيوانات التي تتكاثر لا جنسيًا، أي بدون جنس، بالعديد من المزايا مقارنة بالحيوانات التي تتكاثر جنسيًا. في التكاثر المتغاير، على سبيل المثال، تنتقل جميع جينات الأم إلى نسلها وكل هؤلاء النسل هم إناث قادرات على إنتاج ذرية بمفردهن. من ناحية أخرى، فإن الحيوانات التي تتكاثر عن طريق التكاثر الجنسي لا تنقل سوى نصف حملها الجيني إلى الجيل التالي، وتتعرض لخطر الإصابة بالعديد من الأمراض المنقولة جنسيًا بسبب ضرورة اللقاءات الوثيقة جدًا مع الحيوانات الأخرى، وبالطبع "إهدار" بعض منها. ذريتهم المنتجة للطاقة والتي لا تساهم في نمو السكان - الذكور.

إذا كان الأمر كذلك، فلماذا تتكاثر جميع الحيوانات تقريبًا عن طريق التكاثر الجنسي؟ ولماذا تنقرض الأنواع البيولوجية التي تتكاثر حصريًا بالتكاثر اللاجنسي، في أغلب الأحيان، خلال فترة زمنية قصيرة على نطاق تطوري؟

ومن الفرضيات التي تفسر ذلك هي فرضية أن التكاثر الجنسي يساعد في التعامل مع الطفيليات عن طريق زيادة التنوع الجيني. وقد تم إثبات الفرضية في عدة تجارب. في كل نسل لكائن حي يتكاثر من خلال التكاثر الجنسي، يتم التهام الجينات من جديد، حتى في التوائم غير المتطابقة الذين هم أعضاء في نفس الجيل، مما يخلق مجموعات قد تحمي ضد الطفيليات. ومن أجل البقاء، يجب على الطفيليات أيضًا أن تخضع لتغيرات سريعة تسمح لها بالتعامل مع الدفاعات الجديدة لمضيفيها. هذا التطور المشترك (التطور المشترك) للطفيلي والمضيف هو أساس فرضية "الملكة الحمراء". تم تسمية الفرضية على اسم الملكة الحمراء من كتاب لويس كارول "من خلال المرآة وما وجدته أليس هناك". في الكتاب، تأخذ الملكة أليس في سباق إلى لا مكان، وعندما تعلق أليس على ذلك، توضح أنه "عليك أن تجري بأسرع ما يمكن، لتبقى في نفس المكان" (ترجمة: رينا ليتفين، نشر بواسطة كيبوتس همهيد المكتبة الجديدة). وبما أن الحيوانات التي تمتنع تماما عن نوع ما "تركض"، أي أنها تتغير، بشكل أبطأ من نظيراتها التي تتكاثر عن طريق التكاثر الجنسي، فهي أكثر عرضة للطفيليات وتفشل في تطوير دفاعات ضدها في الوقت المناسب. ونتيجة لذلك، فإن السكان الممتنعين عن ممارسة الجنس يتأثرون بشكل مدمر بالطفيليات، إلى درجة الانقراض في بعض الأحيان.

 مجلة جاليليو هدية! انقر هنا للحصول على الفائدة

إحدى طرق اختبار فرضية "الملكة الحمراء" هي مقارنة الأنواع البيولوجية المتطابقة، التي تعيش في نفس البيئة وتكون معرضة لنفس الطفيليات، ولكنها تتكاثر إما عن طريق التكاثر الجنسي أو اللاجنسي. ومن دواعي سرور علماء الأحياء أنه يمكن العثور على حلزون يستوفي هذه الشروط في بحيرات نيوزيلندا (بوتاموبيرجوس مضاد الأرجلوالذي يعني اسمه "برج في النهر على الجانب الآخر من العالم"). قام البروفيسور كيرت ليفلي (Lively) من جامعة إنديانا في بلومنجتون، والذي يدرس القواقع وطفيلياتها لسنوات عديدة، وزملاؤه بنشر دراستين في عام 2009 تؤكدان فرضية "الملكة الحمراء".

الطفيلي الذي يهاجم القواقع هو تريماتودا، وهي دودة طفيلية مسطحة من جنس ميكروفالوس ("دبوس صغير")، والذي يستخدم القواقع كمضيفين وسيطين في طريقهم إلى المضيفين النهائيين، وتصفية البط. تعيش العلق البالغة في أمعاء البط المرشح. تصاب القواقع بالعلق عندما تأكل بيض العلقة المخصب الذي يخرج في براز البط. يفقس البيض في الجهاز الهضمي للقواقع ويخرج منه جهاز تنفس غير ناضج (ناضج) يسمى ميراسيديوم. تهاجر الأنثى إلى الأعضاء التناسلية للقواقع وتتكاثر في التكاثر اللاجنسي مع استبدال أنسجة الجهاز التناسلي للقواقع وتعقيمها. يُنشئ الطفل الخدي مئات إلى آلاف الأكياس (نوع من الجراثيم يُسمى ميتاسركاريا). تفقس الأكياس عندما تبتلعها البطة، حيث تتطور إلى ديدان بالغة تتكاثر جنسيًا وتبدأ في وضع البيض خلال 24 ساعة من الفقس.

نظرًا لأن دورة حياة العلق تتطلب البط، والبط المرشح لا يرعى في المياه العميقة، فمن المستحيل تقريبًا العثور على الطفيلي في القواقع العميقة. وبما أن حلزونات الأعماق لا يتعين عليها التعامل مع الطفيلي، فإن القواقع التي تتكاثر لا جنسيًا تتفوق على إخوانها الذين يتكاثرون جنسيًا ويشكلون غالبية أعداد القواقع في أعماق البحيرات - وفقًا لـ "الملكة الحمراء" فرضية. ومن ناحية أخرى، رأى الباحثون أن هناك صعودا وهبوطا في أعداد القواقع التي تتكاثر بالتكاثر اللاجنسي في المياه الضحلة. أصبحت أصناف القواقع التي كانت شائعة في بداية الملاحظات، التي تم إجراؤها في عام 1994، معرضة بشكل متزايد للطفيليات التي خضعت للانتقاء لتناسب هذه الأصناف الشائعة بشكل أفضل. ومع انتشار الطفيليات، تضاءلت الأصناف الشائعة من القواقع، حتى انقرضت بعض الأصناف تمامًا في عام 2004. وفي الوقت نفسه، انتشرت سلالة نادرة من القواقع اللاجنسية، والتي كانت مقاومة للنسخة الحالية من العلق الطفيلي، وأصبحت الأكثر شيوعًا بين اللاجنسيين. ولكن في حين أن القواقع اللاجنسية مرت بدورات من المد والجزر في حجم المجموعة وحتى انقراض بعض الأصناف بسبب الطفيليات، فإن حجم مجموعة القواقع الجنسية لم يتغير تقريبًا ولكنه ظل ثابتًا مع مرور الوقت، وهي الميزة على وجه التحديد. التي تعطيها "الملكة الحمراء" لأولئك الذين يتكاثرون عن طريق التكاثر الجنسي (في وسيلة أخرى للبحث فرضية "الملكة الحمراء" انظر כאן).

كيف تهرب الدوارات من الطفيليات؟

وعلى الرغم من هذه الميزة، يبدو أن هناك فئة كاملة من الحيوانات تمكنت من الهروب من "الملكة الحمراء". هذه هي الدوارات من فئة Bdelloidea التي تستمر من الحمض النووي في التكاثر حصريًا عن طريق التكاثر اللاجنسي. تتكاثر الروتيفر عن طريق التكاثر البكر، عندما تضع الأم بيضًا غير مخصبًا يتطور إلى بنات تكون مستنسخة لها. على الرغم من أن الدوارات قد تمت دراستها لأكثر من ثلاثة قرون، منذ أن لاحظها أنتوني فان ليفينهوك، مؤسس علم الأحياء الدقيقة، لأول مرة، ولم يتم العثور على أي ذكر على الإطلاق، أو علامة ما على التكاثر الجنسي، بين مئات الأنواع التي تشكل هذه الفئة من الدوارات.

لا تعوض الروتيفر أيضًا أسلوب حياتها الخالي من الجنس من خلال الاختباء في مكان محمي، بل على العكس من ذلك - فهي شائعة للغاية وبيئات المياه العذبة التي تعيش فيها متنوعة للغاية. إنهم قادرون على الوجود والتكاثر في التربة الرطبة وعلى الطحالب والأشنات ولحاء الأشجار وكذلك في البرك والجداول. معظم البيئات المائية التي تسكنها الدوارات هي بيئات عابرة وقد تتبخر في أي لحظة، إلا أن الدوارات قادرة على التعامل مع ذلك بفضل قدرتها على الجفاف التام في أي مرحلة من مراحل حياتها عندما يجف موطنها، وتدخل في بيئة مائية. حالة الوجود المعلق. وهم قادرون على البقاء على قيد الحياة في هذه الحالة، التي تسمى اللاهيدروبيوسيس ("الحياة بدون ماء")، لمدة تصل إلى تسع سنوات والعودة إلى الحياة النشطة عندما تعود الرطوبة. وهي في حالتها الجافة أصغر من جزيئات الغبار ويمكن أن تنتشر بفعل الرياح إلى مسافات كبيرة، وبالتالي تستقر في أماكن جديدة.

كشفت الدراسات التي أجريت في السنوات الأخيرة كيف تمكنت الدوارات من تحقيق الفوائد المنسوبة إلى الجنس على الرغم من أنها تتكاثر عن طريق التكاثر اللاجنسي - فهي طرق متطورة التخلص من الآفات التي تغزو الجينوم الخاص بها، وزيادة التنوع الوراثي، لكن كيف يتعاملون مع الكائنات الطفيلية؟

قرر علماء الأحياء التطورية كريستوفر ويلسون (ويلسون) وبول شيرمان (شيرمان) من جامعة كورنيل في إيثاكا، نيويورك اختبار ما إذا كانت قدرة الدوارات على الجفاف تسمح لها بالهروب من الطفيليات. في دراسة نشرت في يناير 2010 في مجلة Science Weekly علومقام الباحثون بإصابة 95 مستعمرة متطابقة من الدوارات من هذا النوع هابروتروتشا إلوسا في الفطريات الطفيلية الروتيفروفتورا ​​أنجوستيسبورا ("يدمر الدوارات من خلال الجراثيم")، يهاجم الدوارات فقط. يصيب الفطر الدوارات عندما تبتلع جراثيمها الصغيرة (كونيديا). تلتصق الجراثيم في فم الدوارة سيئة الحظ التي ابتلعتها وتنبت على شكل شبكات تهضم الدوارة من الداخل. تموت الدوارة، التي يأكلها الفطر الطفيلي، بعد حوالي أسبوعين وتخترق الشباك غطاء جسمها وتكوّن حاملات أبواغ (conidiophores) على سطح الماء، والتي تبعثر مئات الجراثيم الجديدة في الماء. يتم ابتلاع هذه الجراثيم من قبل أخوات الدوارة الميتة ويمكن أن تدمر مستعمرة الدوارة بأكملها بسرعة.

وأظهر الباحثون أنهم عندما جففوا بيئة الدوارات لمدة أسبوع أو أسبوعين، وسمحوا لها بالدخول في حالة حيوانات نائمة، تم تدمير الفطريات التي كانت في الماء وأبواغها ويبدو أن الدوارات تجنبتها. ولكن بعد حوالي يومين من عودة الرطوبة، نما الفطر من جثث الدوارات التي أصيبت بالعدوى قبل التجفيف، وسرعان ما دمرت بقية السكان من الأخوات المتماثلات. من ناحية أخرى، عندما زادت فترة الجفاف إلى ثلاثة أسابيع أو أكثر، ظلت معظم تجمعات الروتيفر خالية تمامًا من الفطريات الطفيلية، وتضاعفت وازدهرت دون عوائق عندما أعاد الباحثون ترطيب البيئة. حتى جراثيم الفطريات لا تستطيع البقاء على قيد الحياة لفترة طويلة بدون ماء.

ولكن، كما ذكرنا، عندما تجف الدوارات في البرية، تحملها الرياح بعيدًا. وفي الواقع، فهي ناجحة جدًا في هذا الأمر لدرجة أنه يمكن اكتشافها في كثير من الأحيان في عينات الأمطار والرياح من جميع أنحاء العالم. ولمحاكاة هذه الظروف في المختبر، وضع الباحثون مجموعة مجففة من الدوارات المصابة بالفطر في نفق الرياح وعرّضوها لنسيم خفيف. دفعت الرياح الدوارات والطفيليات نحو أطباق بتري الفارغة، والتي قام ويلسون وشيرمان بترطيبها بعد أسبوع. في معظم الصفائح، تطورت مستعمرات الروتيفر خالية من الطفيليات. بمعنى آخر، تمكنت الدوارات من النجاة من الفطريات الطفيلية في المختبر بمساعدة فترة جفاف لا تقل عن ثلاثة أسابيع أو تشتت الرياح وأسبوع واحد من الجفاف.

وفي الطبيعة تكون فترات الجفاف وكذلك مسافة انتشار الرياح أكبر بكثير، مما يمكّن الدوارات من ترك طفيلياتها خلفها، وإيجاد أماكن خالية من الطفيليات والنمو فيها. وهكذا، في حين أن مكافحة الطفيليات والسباق ضد "الملكة الحمراء" ربما ساهما في تطور التكاثر الجنسي وعلينا أن نشكرهم على متعة الجنس، فإن الدوارات التي تتكاثر في التكاثر اللاجنسي، اختارت التخلي عن السباق وبدلاً من ذلك العب لعبة الغميضة التي لا نهاية لها مع طفيلياتهم.

تم وصف الإدخال الأول في سلسلة المقالات "العدو الداخلي". يرقة طفيلية تترك مضيفها في أوقات الخطر. سيتناول الجزء التالي من السلسلة الطفيليات التي تعيش في الماء وتحل محل أعضاء الأسماك، وتغزو البشر وتساعد في دراسة تطور الحيتان.

تم نشر المقال الأصلي على مدونة الدكتور نعوم ليفيتان سايفيل وفي مجلة جاليليو

المزيد عن غاليليو:

* بحث: كيف يمكن للألياف الغذائية أن تمنع السكتة الدماغية؟

* شاهد: وحش بحري بثلاثة قلوب وعين قطرها 30 سم

* قام الباحثون بتطوير شريحة للكشف عن سرطان الثدي

لمزيد من القراءة

مقالة القواقع:

جوكيلا، جيه، ديبدال، إم إف آند ليفلي، سي إم الحفاظ على الجنس، وديناميكيات الاستنساخ، والتطور المشترك للطفيليات المضيفة في مجموعة مختلطة من القواقع الجنسية وغير الجنسية. أكون. نات. 174، S43 – S53 (2009). دوى: 10.1086/599080

مقالة الدوارات [PDF]:

ويلسون، سي جي وشيرمان، PW تنجو الدوارات غير الجنسية القديمة من الطفيليات الفطرية القاتلة عن طريق الجفاف والنفخ. العلوم 327، 574-576 (2010). دوى: 10.1126/science.1179252

درور بار نير "البكتيريا ضد الذكور"، "جاليليو" 94.

دينا ظفاريري "لماذا الجنس؟ ألغاز وحقائق من غرفة نوم التطور"، "جاليليو" 36.