دراسات وابحاث
سمكة غريبة تحطم أكبر رقم قياسي في الجينوم الحيواني بحمضنا النووي 30 مرة
سمكة غريبة تحطم أكبر رقم قياسي في الجينوم الحيواني بحمضنا النووي 30 مرة
مصر:إيهاب محمد زايد
إن الجينوم الأطول لجميع الحيوانات على الأرض لا ينتمي إلى مخلوق عملاق أو متطور معرفيًا، بل إلى مخلوق يتلوى ويعيش في الماء ويبدو أنه متجمد في الوقت المناسب، تمامًا على أعتاب التطور إلى وحش يمكنه العيش على الأرض.
هذه هي الأسماك الرئوية، وهي فئة من فقاريات المياه العذبة التي تنعكس خصائصها المميزة في شيفرة وراثية هائلة. قادرة على تنفس الهواء والماء، مع زعانف تشبه الأطراف، وبنية هيكلية متطورة، يُعتقد أن هذه المخلوقات القديمة الغريبة تشترك في سلف مشترك مع جميع الفقاريات ذات الأطراف الأربعة المعروفة باسم رباعيات الأرجل.
إن معرفة ما يحتويه هذا الجينوم في الواقع قد يكون قادرًا على تزويدنا بمعلومات حول كيفية خروج أسلافنا من الأعماق الرطبة للمشي على الأرض، وقد حقق العلماء للتو تقدمًا كبيرًا. لقد قاموا بتسلسل أكبر جينومات الأسماك الرئوية، تلك الموجودة في الأسماك الرئوية في أمريكا الجنوبية، Lepidosiren paradoxa.
يقول: “مع وجود أكثر من 90 جيجا بايت (أي 90 مليار قاعدة)، فإن الحمض النووي لأنواع أمريكا الجنوبية هو الأكبر من بين جميع الجينومات الحيوانية وأكثر من ضعف حجم جينوم صاحب الرقم القياسي السابق، السمكة الرئوية الأسترالية”. عالم الأحياء التطوري أكسل ماير من جامعة كونستانز في ألمانيا.
“ثمانية عشر من أصل 19 كروموسومًا في الأسماك الرئوية في أمريكا الجنوبية، كل منها أكبر على حدة من الجينوم البشري بأكمله الذي يضم ما يقرب من 3 مليارات قاعدة.”
هذا الماراثون من قواعد الحمض النووي يساوي حوالي 30 ضعف طول الجينوم البشري، لوضع الأمر في نصابه الصحيح. ومن الغريب أن الفريق أحصى فقط حوالي 20 ألف تسلسل لترميز البروتين.
أظهرت الأسماك الرئوية الأفريقية (Protopterus annectens)، التي قام الباحثون بتسلسلها أيضًا، عددًا مماثلاً من الجينات الفردية، مما يضع كلا من أرقام التشفير تقريبًا في نفس الملعب مثل مكتبتنا الجينية الخاصة. وهذا يترك الكثير من الحمض النووي الدخيل للباحثين لينسبوا غرضًا ما.
تتبع تسلسل نوعي السمكة الرئوية عملًا مشابهًا على السمكة الرئوية الأسترالية (Neoceratodus forsteri)، نُشر قبل ثلاث سنوات. تكشف التسلسلات المجمعة عن رؤى جديدة حول كيفية تنوع هذه الأسماك وتطورها على مدار المائة مليون عام الماضية.
تمت تسمية الأسماك الرئوية بهذا الاسم لأنها، على عكس الأنواع الأخرى من الأسماك، تمتلك في الواقع رئة أو رئتين للتنفس، وهي سمة من شأنها أن تكون أساسية لتمكين الانتقال إلى حياة رباعيات الأرجل.
وهذه السلالات الثلاثة ــ الإفريقية، وأميركا الجنوبية، والأسترالية ــ هي كل ما تبقى حتى يومنا هذا. تعتبر حفريات حية، ومقارنة الطرق المختلفة التي تغيرت بها جميعها منذ ظهور رباعيات الأرجل الأولى قبل حوالي 390 مليون سنة (الأمر مطروح للنقاش) يمكن أن يساعدنا على فهم نقطة تحول حيوية في تطور الحياة على الأرض. ، بما في ذلك الأنواع الخاصة بنا.
وجد ماير، وعالم الكيمياء الحيوية المشارك مانفريد شارتل من جامعة فورتسبورغ في ألمانيا، وفريقهم الدولي أن السبب وراء ضخامة جينوم الليبيدوسيرين يتعلق بالعدد الكبير من “الجينات القافزة”، المعروفة أيضًا باسم العناصر القابلة للنقل.
يمكن لهذه التسلسلات المارقة نسخ نفسها والتحرك حول الجينوم، الأمر الذي يمكن أن يكون على حساب الكائن الحي الذي توجد فيه – ولكنها يمكن أن تؤدي أيضًا إلى تغييرات جينية سريعة.
كشفت الأبحاث التي أجريت على أحفورة حية أخرى ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالأسماك الرئوية، وهي أسماك السيلكانث، أن الترانسبوزونات يمكن أن تلعب دورًا مهمًا جدًا في تطور رباعيات الأرجل. قد يكون Lepidosiren دليلاً على السبب. على مدى الـ 100 مليون سنة الماضية، كل 10 ملايين سنة، كان الجينوم ينمو بحجم الجينوم البشري بالكامل.
ووجد الباحثون أن هذا يرجع على الأرجح إلى أن الـ piRNA، وهو نوع من الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي يثبط نشاط الترانسبوزون عادة، يكون منخفضًا جدًا في الأسماك الرئوية. لذلك تضخم الجينوم الخاص بهم.
يقول ماير: “إنها مستمرة في النمو”. “لقد وجدنا أدلة على أن الينقولات المسؤولة لا تزال نشطة.”
ونظرًا لأن الجينات القافزة لا تزال تحتفل في Lepidosiren، فقد افترض الباحثون أن تحليل الجينوم سيكون صعبًا للغاية. ولدهشتهم، وجدوا أن الجينوم مستقر بشكل ملحوظ، وأن ترتيب الجينات محافظ جدًا، مما يجعل السمكة الرئوية هزيلة ومتوسطة.
ومع ذلك، فإن هذا يعني أيضًا أنه يمكن للباحثين إجراء هندسة عكسية لهندسة الكروموسومات في أسلاف الأسماك ذات الزعانف الفصية، ليس فقط للأنواع الثلاثة التي درسوها، بل أيضًا لأسلاف رباعيات الأرجل. تم تأكيد هذا النسب من خلال البحث، مما يمنحنا مجموعة أكثر اكتمالاً من الأدوات لفهم مسارنا التطوري.
وتمكن الباحثون أيضًا من حساب بعض الاختلافات المثيرة للاهتمام بين الأنواع الثلاثة الفردية. تمتلك الأسماك الرئوية الأسترالية رئة واحدة فقط ولا يزال بإمكانها استخدام خياشيمها وقد احتفظت أيضًا بالزعانف التي تشبه الأطراف والتي سمحت لها ذات يوم بالانتقال إلى الأرض. تعاني الأسماك الرئوية في أفريقيا وأمريكا الجنوبية من ضمور الخياشيم وزوج من الرئتين، وتطورت أطرافها مرة أخرى إلى زعانف خيطية.
ومن خلال إجراء دراسات على الفئران التي تم تعديلها لحمل جينات السمكة الرئوية، أظهر الفريق أن انعكاس الأطراف هذا له علاقة بالتغيرات في مسار الإشارة المسمى Shh الذي يوجه التطور الجنيني. والمزيد من الاكتشافات تنتظر.
“إن جينومات جميع الأنساب الثلاثة للأسماك الرئوية، بسبب موقعها التطوري الحاسم، تحمل المفتاح لفهم أفضل لكيفية مساهمة العمليات الجزيئية والتنموية والتغيرات التطورية الجينومية في غزو الأرض وتطور رباعيات الأرجل، وهي واحدة من الكائنات الرئيسية”. التحولات خلال تطور الفقاريات” كتب الباحثون في ورقتهم.
“إن مورد الجينوم على مستوى الكروموسوم لجميع سلالات الأسماك الرئوية الحية سيمكن الآن من إجراء المزيد من الأبحاث حول أسلاف رباعيات الأرجل ذات الزعانف الفصية الذين غزوا الأرض في العصر الديفوني.”
وقد تم نشر البحث في مجلة الطبيعة.
