هذا العنكبوت الغريب يكسر القواعد التطورية طويلة الأمد

جينوم مخفض في جزيرة صِنف يثير أسئلة تطورية.

على مدار بضعة ملايين من السنين، ظهر العنكبوت عسر القراءة، والتي توجد فقط في جزر الكناري، خفضت حجم الجينوم الخاص بها بمقدار النصف تقريبًا عندما استعمرت الجزر وتكيفت مع بيئتها. هذا الجينوم ليس أصغر حجمًا فحسب، بل أيضًا أكثر إحكامًا ويظهر تنوعًا جينيًا أكبر من جينومات أنواع العناكب ذات الصلة الوثيقة الموجودة في البر الرئيسي.

ذكرت في المجلة البيولوجيا الجزيئية والتطوريقدم هذا الاكتشاف أول مثال واضح على قيام نوع حيواني بتقليص جينومه بشكل كبير أثناء عملية استعمار جزيرة محيطية.

تتحدى النتيجة افتراضًا طويل الأمد في علم الأحياء التطوري. غالبًا ما يُعتقد أن الأنواع الجزرية تطور جينومات أكبر تحتوي على المزيد من التكرارات الحمض النووي. على النقيض من ذلك، تشير هذه الحالة إلى الاتجاه المعاكس وتضيف أدلة جديدة إلى الجدل الدائر حول أحد الأسئلة المركزية في هذا المجال: كيف ولماذا يتغير حجم الجينوم على مر الزمن التطوري.

قاد البحث جوليو روزاس وسارة غيراو من كلية الأحياء ومعهد أبحاث التنوع البيولوجي (IRBio) في جامعة برشلونة. المؤلف الأول للدراسة هو فاديم بيسارينكو (UB-IRBio)، وشارك في العمل أيضًا باحثون من جامعة لا لاغونا، والمجلس الوطني الإسباني للبحوث (CSIC)، وجامعة نوشاتيل (سويسرا).

تقدم هذه النتائج معًا منظورًا جديدًا لمشكلة حيرت العلماء لعقود من الزمن. يمكن أن يختلف حجم الجينوم، الذي يُعرف بأنه العدد الإجمالي لأزواج قواعد الحمض النووي التي تشفر المعلومات الوراثية للكائن الحي، بشكل كبير بين الأنواع، حتى بين الأنواع التي لديها مستويات مماثلة من التعقيد البيولوجي.

جينوم أصغر في نوع جزيرة: مفارقة تطورية؟

العناكب في الجنس عسر القراءة خضعت لتنويع واسع النطاق عبر جزر الكناري. غالبًا ما يوصف الأرخبيل بأنه مختبر طبيعي لدراسة التطور في ظل العزلة الجغرافية، وقد أدى إلى ظهور ما يقرب من 50 نوعًا متوطنًا عسر القراءة صِنف. تمثل أشكال الجزر هذه حوالي 14 بالمائة من جميع الأنواع المعروفة في هذا الجنس في جميع أنحاء العالم، وقد تطورت منذ ظهور الجزر قبل بضعة ملايين من السنين.

وباستخدام أساليب متقدمة لتسلسل الحمض النووي، قارن الباحثون جينومات نوعين مرتبطين ارتباطًا وثيقًا. واحد هو ديسديرا كاتالونيكا، عنكبوت قاري يوجد في شمال كاتالونيا وجنوب فرنسا. والآخر هو التابع. ثيلوسينينسيسوالتي تعيش حصريًا في جزيرة غران كناريا.

“الأنواع التابع. يحتوي على جينوم مكون من 3.3 مليار زوج قاعدي (3.3 جيجا بايت، حروف الحمض النووي)، وهو ما يقرب من ضعف عدد الأنواع التابع. ثيلوسينينسيس (1.7 جيجابايت). يقول خوليو روزاس، الأستاذ في قسم علم الوراثة وعلم الأحياء الدقيقة والإحصاء بجامعة UB، ومدير مجموعة أبحاث الجينوم التطوري والمعلوماتية الحيوية وعضو مجلس إدارة منصة المعلوماتية الحيوية في برشلونة (BIB): “من المثير للاهتمام، أنه على الرغم من وجود جينوم أصغر، فإن الأنواع الموجودة في جزر الكناري تظهر تنوعًا جينيًا أكبر”.

يكشف التسلسل الجيني أيضًا عن ذلك التابع. لديه عدد كروموسوم فردي مكون من أربعة كروموسومات جسدية وكروموسوم جنسي واحد، بينما التابع. ثيلوسينينسيس لديه ستة جسيمات جسدية بالإضافة إلى كروموسوم X.

يقول البروفيسور خوليو روزاس، مدير مجموعة أبحاث الجينوم التطوري والمعلوماتية الحيوية: “إن تقليص حجم جينوم العنكبوت D. tilosensis، المرتبط بعملية استعمار جزيرة الكناري، هو أحد الحالات الأولى الموثقة لتقليص حجم الجينوم بشكل جذري باستخدام جينومات مرجعية عالية الجودة”.

ويتابع قائلاً: “يتم الآن وصف هذه الظاهرة لأول مرة بالتفصيل بالنسبة للأنواع الحيوانية ذات الصلة الوثيقة بالتطور”.

كيف يمكن تفسير انخفاض الجينوم؟

في مثل هذه الأنواع المتشابهة من الناحية التطورية، والتي تشترك في الموائل والنظام الغذائي نفسه، “لا يمكن بسهولة أن تُعزى الاختلافات في حجم الجينوم إلى عوامل بيئية أو سلوكية”، كما تقول البروفيسور سارة جيراو. “يكشف تحليل النشوء والتطور – يتابع جيراو – جنبًا إلى جنب مع قياسات التدفق الخلوي، أن السلف المشترك كان لديه جينوم كبير (حوالي 3 جيجا بايت). وهذا يشير إلى أن الانخفاض الجذري في الجينوم حدث أثناء أو بعد الوصول إلى الجزر”.

ومن الواضح أن هذه النتيجة متناقضة لسببين. من ناحية، على الرغم من أنه أقل شيوعًا في الحيوانات، فإن النمط الأكثر شيوعًا هو الزيادة في حجم الجينوم عن طريق ازدواج الجينوم الكامل، خاصة في النباتات، حيث يكون ظهور الأنواع متعددة الصيغة الصبغية (مع هبات كروموسوم متعددة) أمرًا شائعًا. وفي المقابل، فإن مثل هذه التخفيضات الحادة في حجم الجينوم خلال فترة زمنية قصيرة نسبيًا هي أكثر ندرة بكثير.

ثانيًا، تتناقض النتائج مع النظريات التي تقول إن التأثير المؤسس في الجزر – عملية الاستعمار من قبل عدد صغير من الأفراد – يؤدي إلى انخفاض الضغط الانتقائي، ونتيجة لذلك، يجب أن تكون الجينومات أكبر وأكثر ثراءً في العناصر المتكررة.

يقول طالب الدكتوراه فاديم بيسارينكو: “في الدراسة، لاحظنا العكس: فالأنواع الجزرية لديها جينومات أصغر وأكثر إحكاما مع تنوع جيني أكبر”. يشير هذا النمط إلى وجود آليات غير تكيفية، “حيث كان من الممكن أن تظل أعداد السكان في جزر الكناري كثيرة ومستقرة نسبيًا لفترة طويلة. وهذا من شأنه أن يجعل من الممكن الحفاظ على ضغط انتقائي قوي، ونتيجة لذلك، القضاء على الحمض النووي غير الضروري”، كما يقول بيسارينكو.

فك رموز أحد الألغاز العظيمة في علم الأحياء التطوري

لا يزال لغزا لماذا، في الأنواع المماثلة، تتراكم بعض الجينومات العديد من تسلسلات الحمض النووي المتكررة في حين أن البعض الآخر أكثر إحكاما. يمكن أن توفر الدراسة منظورًا جديدًا لحل هذا السؤال المفتوح في علم الأحياء التطوري.

ووفقا لبعض الفرضيات، فإن هذه التغييرات في الجينوم لها قيمة تكيفية مباشرة. تقترح تفسيرات أخرى آليات غير تكيفية، حيث يكون حجم الجينوم نتيجة للتوازن بين تراكم العناصر المتكررة (مثل الترانسبوزونات) وإزالتها عن طريق الانتقاء النقي.

وخلص الباحثون إلى أن “هذه الدراسة تدعم فكرة أن حجم الجينوم في هذه الأنواع، بدلا من التكيف المباشر، يعتمد في المقام الأول على التوازن بين تراكم وإزالة هذا الحمض النووي المتكرر”.

المرجع: “كيف أدى التطور إلى خفض حجم الجينوم إلى النصف أثناء استعمار جزيرة المحيط؟” بقلم فاديم بيسارينكو، وأدريا بوادا-فيغيراس، ومارتا أوليفيه-مونييز، وباولا إسكوير، ونوريا ماسياس-هرنانديز، وميكيل أرنيدو، وبابلو ليبرادو، وأليخاندرو سانشيز-جراسيا، وسارة غيراو-ريكو، وخوليو روزاس، 20 أغسطس/آب 2025، البيولوجيا الجزيئية والتطور.
دوى: 10.1093/molbeef/msaf206

المنح والابتكار VAP PRE2 جامعة برشلونة إلى MO-M. (PREDOCS-UB 2021)، ومن خلال البحث المشترك بين الإدارات والابتكار التكنولوجي

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل و أخبار جوجل.