نوعان بيئيان من القواقع البحرية Littorina saxatilis، يتكيفان مع بيئات مختلفة. النمط البيئي للسلطعون (يسار) أكبر حجمًا وحذرًا من الحيوانات المفترسة. النمط البيئي الموجي (يمين) أصغر حجمًا وله سلوك جريء. © ديفيد كارميليت
كلوسترنوبورج، النمسا — عادة، يعتقد العلماء أن الأمر يستغرق قرونًا لا حصر لها حتى يحدث التطور تغييرات كبيرة في أي نوع. ومع ذلك، فقد أظهرت دراسة جديدة أن هذه العملية المذهلة تحدث في غمضة عين.
لاحظ فريق من الباحثين من معهد العلوم والتكنولوجيا في النمسا (ISTA) وجامعة الشمال في النرويج أن القواقع البحرية تتطور لتشبه أسلافها إلى حد كبير خلال 30 عامًا فقط، وهو جزء صغير من الوقت من حيث التطور. .
تبدأ القصة في عام 1988 عندما قضت طحالب سامة على مجموعات من القواقع البحرية في نتوءات صخرية صغيرة، تسمى skerries، في أرخبيل كوستر، بالقرب من الحدود السويدية النرويجية. على الرغم من أن هذه الكارثة البيئية قد تبدو غير ذات أهمية بالنسبة للكثيرين، إلا أنها بالنسبة لعالمة البيئة البحرية كيرستين جوهانسون من جامعة جوتنبرج، كانت تمثل فرصة فريدة لدراسة التطور على أرض الواقع.
بعد أربع سنوات من ازدهار الطحالب، في عام 1992، قرر جوهانسون إعادة إدخال القواقع إلى واحدة من هذه الشعاب المرجانية الفارغة الآن. هذه هي المشكلة: بدلاً من إعادة نفس النوع من القواقع التي عاشت هناك من قبل، قدمت مجموعة مختلفة تمامًا من نفس النوع، ليتورينا ساكساتيليس.
وقد طورت هذه القواقع البحرية، التي توجد عادة على طول سواحل شمال المحيط الأطلسي، سمات مختلفة للتكيف مع بيئتها المحددة. يُعرف النوعان الرئيسيان باسم “القواقع المتموجة” و”حلزون السلطعون”. القواقع المتموجةالتي كانت تسكن في الأصل الصخور الصخرية، وهي صغيرة ذات أصداف رقيقة، وفتحات مستديرة كبيرة وسلوك جريء – وهي تكيفات تساعدها على البقاء في البيئات التي تضربها الأمواج. القواقع السلطعونعلى النقيض من ذلك، فهي أكبر حجمًا ولها أصداف أكثر سمكًا، وفتحات أصغر حجمًا، وسلوك أكثر حذرًا – وهي خصائص تحميها من الحيوانات المفترسة السرطانية في المياه الأكثر هدوءًا.
تضمنت تجربة يوهانسون إدخال حلزونات السلطعون في الجليد الذي كان يؤوي في السابق القواقع الموجية. وكان السؤال: كيف يمكن لهذه القواقع السرطانية أن تتكيف مع بيئتها الجديدة المعرضة للأمواج؟
النتائج نشرت في المجلة التقدم العلمي كانت ببساطة رائعة. وفي غضون بضعة أجيال فقط – تتكاثر القواقع مرة أو مرتين في السنة – بدأ العلماء في رؤية أدلة على التكيف. على مدار 30 عامًا، تطورت القواقع السرطانية المزروعة لتشبه القواقع الموجية التي كانت تسكن المنطقة الصخرية قبل ازدهار الطحالب.
“على مدار 30 عامًا من التجربة، تمكنا من التنبؤ بشكل موثوق بالشكل الذي ستبدو عليه القواقع والمناطق الجينية التي ستشارك فيها. يقول دييغو جارسيا كاستيلو، طالب دراسات عليا في ISTA وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة، في إحدى الدراسات: “كان التحول سريعًا ومثيرًا على حدٍ سواء”. بيان صحفي.
ما يجعل هذه الدراسة رائعة بشكل خاص هو أن القواقع لم تطور هذه السمات الجديدة من الصفر. وبدلاً من ذلك، استغلوا التنوع الجيني الموجود بالفعل في سكانهم، وإن كان بمستويات منخفضة. هذا التنوع الجيني الموجود، بالإضافة إلى التدفق الجيني المحتمل من المجموعات المجاورة من القواقع الموجية، سمح بالتكيف السريع مع البيئة الجديدة.
تمتد آثار هذه الدراسة إلى ما هو أبعد من عالم القواقع. في عصر التغير البيئي السريع، من المهم أن نفهم كيف يمكن للأنواع أن تتكيف بسرعة.
يقول جارسيا كاستيلو: “يسمح لنا هذا العمل بإلقاء نظرة فاحصة على التطور المتكرر والتنبؤ بكيفية تطور مجموعة ما من السمات التي تطورت بشكل منفصل في الماضي في ظل ظروف مماثلة”.
وتسلط أنجا ماري ويسترام، الباحثة في جامعة الشمال والمؤلفة المشاركة في الدراسة، الضوء على أهمية التنوع الجيني في التكيف.
“لا تتمتع جميع الأنواع بإمكانية الوصول إلى مجموعات جينية كبيرة، كما أن تطور السمات الجديدة من الصفر بطيء للغاية. يقول ويسترام: “إن التكيف معقد للغاية ويواجه كوكبنا أيضًا تغيرات معقدة مع فترات من الطقس المتطرف والتغير المناخي السريع والتلوث والطفيليات الجديدة”. “ربما يساعد هذا البحث في إقناع الناس بحماية مجموعة من الموائل الطبيعية حتى لا تفقد الأنواع تنوعها الجيني.”
بينما يواجه كوكبنا تغيرات معقدة، بما في ذلك الأحداث المناخية المتطرفة وتغير المناخ والتلوث وظهور طفيليات جديدة، فإن قدرة الأنواع على التكيف بسرعة يمكن أن تكون أساسية لبقائها. توفر هذه الدراسة نظرة ثاقبة حول كيفية عمل التطور على فترات زمنية قصيرة نسبيًا، مما يوفر الأمل للأنواع التي تواجه تغيرًا بيئيًا سريعًا.
واليوم، يبلغ عدد الحلزونات التجريبية حوالي 1000 فرد، مما يدل على قدرتها الرائعة على التكيف والازدهار في الظروف الجديدة. وبينما نواصل مواجهة التحديات البيئية على نطاق عالمي، فإن الدروس المستفادة من هذه القواقع البحرية الصغيرة يمكن أن تكون ذات قيمة كبيرة لفهم وربما التنبؤ بكيفية استجابة الأنواع لعالمنا المتغير.
ملخص الوثيقة
المنهجية
في هذه الدراسة، أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم التنبؤ بكيفية قيام مجموعة من القواقع البحرية، ليتورينا ساكساتيليسسوف تتكيف مع بيئة جديدة. وللقيام بذلك، قاموا بنقل القواقع من موطن تهيمن عليه الحيوانات المفترسة للسرطان إلى مكان تشكل فيه الأمواج القوية البيئة. حدث ذلك على الساحل السويدي، حيث كانت جزيرة صخرية صغيرة بمثابة موقع اختبار. تمت مراقبة القواقع لمدة 30 عامًا لتتبع تطور خصائصها الفيزيائية (مثل حجم وشكل صدفتها) وتركيبها الجيني.
ركزت الدراسة على ما إذا كانت التغييرات في خصائص القشرة والجينات ستتطابق مع ما لاحظه الباحثون سابقًا في القواقع التي تكيفت بشكل طبيعي مع بيئات مختلفة في أماكن أخرى. وتنبأوا بالتغيرات في الخصائص الفيزيائية، وتكرار السمات الوراثية المحددة وترتيب الكروموسومات مع مرور الوقت.
النتائج الرئيسية
وجد الباحثون تغيرات جذرية في القواقع المزروعة في موطن تهيمن عليه الأمواج. وبمرور الوقت، بدأت القواقع تبدو أشبه بالسكان المحليين الذين تطوروا بشكل طبيعي في بيئات معرضة للأمواج القوية. على سبيل المثال، أصبحت أصدافها أرق، بأشكال وأنماط مختلفة مقارنة بالأصداف السميكة والأكثر حماية للقواقع التي تعيش في سرطان البحر.
ومن الناحية الجينية، فإن العديد من التغييرات التي تنبأ بها الباحثون قد تحققت أيضًا. أصبحت الجينات المرتبطة بالبقاء على قيد الحياة في بيئة عالية الموجة أكثر شيوعًا. بشكل عام، تكيفت القواقع بسرعة، وفي غضون سنوات قليلة بدت وتصرفت أكثر مثل القواقع المتكيفة مع الأمواج.
حدود الدراسة
أولاً، أجريت الدراسة في بيئة محددة للغاية، مما يعني أن النتائج قد لا تنطبق على جميع أنواع التغيرات البيئية. تمثل الأمواج والسرطانات مجموعة واحدة فقط من الضغوط الطبيعية، ويمكن لعوامل أخرى مثل التغيرات في درجات الحرارة أو التلوث أن تؤثر على القواقع بشكل مختلف.
بالإضافة إلى ذلك، ركزت الدراسة على نوع محدد من الحلزون، وقد لا تنطبق على الكائنات الحية الأخرى. أخيرًا، نظرًا لأن الباحثين اضطروا إلى الاعتماد على أخذ عينات عرضية على مدار 30 عامًا، فمن الممكن أن تكون هناك فجوات في البيانات لا تلتقط جميع تعقيدات تطور الحلزون.
المناقشة والوجبات الجاهزة
والخلاصة الرئيسية من هذه الدراسة هي أنه يمكننا التنبؤ بكيفية تكيف السكان مع التغيرات البيئية بناءً على ما نعرفه عن تنوعهم الجيني وكيف تكيفوا في أماكن أخرى. تكيفت القواقع في هذه التجربة بسرعة، مما يدل على أن الأنواع ذات التنوع الجيني الموجود يمكنها البقاء على قيد الحياة مع التغيرات البيئية السريعة.
يعد هذا اكتشافًا مهمًا في سياق تغير المناخ والتغيرات البيئية الأخرى التي يسببها الإنسان. ومع ذلك، تسلط الدراسة الضوء أيضًا على أن هذا النوع من القدرة على التنبؤ قد لا يصمد في جميع المواقف، خاصة عندما تكون التغيرات البيئية جديدة تمامًا أو متطرفة.
التمويل والإفصاحات
تلقى هذا المشروع الدعم من مصادر مختلفة، بما في ذلك مجلس البحوث النرويجي، ومجلس البحوث السويدي، ومجلس البحوث الأوروبي، وصندوق العلوم النمساوي، ومؤسسة العلوم والتكنولوجيا البرتغالية. تم إجراء البحث على الحيوانات في السويد، مع اتباع لوائح صارمة فيما يتعلق بمعاملة الحيوانات في الدراسات العلمية. ولم يعلن الباحثون عن أي تضارب كبير في المصالح.
