اطلب من شخص ما التفكير في حيوان ، ومن المحتمل أن يجدوا أحد أقاربنا من الثدييات. قد يذهب عدد قليل من الناس إلى أبعد من ذلك ويذكرون فقاريات أخرى ، مثل الطيور والأسماك. لكن هذه بالكاد تخدش سطح التنوع الحيواني ، حيث تتميز أشياء مثل رأسيات الأرجل والحشرات وشوكيات الجلد جميعها بخصائص مميزة.
وذلك قبل أن تصل إلى الأشياء الغريبة حقًا ، مثل الكائنات المجوفة المتماثلة شعاعيًا ، أو الإسفنج الذي يفتقر إلى العضلات والخلايا العصبية. أو تمشيط الجيلي الذي يتحرك من خلال تدوير الكثير من الرموش التي تشبه الخيوط. أو ال بلاكوزوانس غريبة حقًامخلوقات قرصية الشكل لها جانبان ولكن ليس لها باطن وتهضم الأشياء الموجودة على سطحها.
بالنسبة للأشخاص الذين يميلون إلى التفكير في التطور على أنه يضيف المزيد والمزيد من التعقيد إلى الكائنات الحية ، فمن المغري أن نتخيل أن شجرة عائلة الحيوان قد نمت من إضافة المزيد من الأشياء تدريجيًا ، مثل الخلايا العصبية والعضلات. ولكن كان هناك تدفق مستمر من الدراسات الجينية التي تشير إلى وجود سلالتين متميزتين نتج عنهما خلايا عصبية. نتائج هذه الدراسات تعتمد إلى حد ما على الجينات والأنواع المختارة للتحليل. لكن دراسة جديدة لا تعتمد كثيرًا على الجينات الفردية تضع الآن الإسفنج بحزم على أنه أكثر ارتباطًا بالبشر من بعض الحيوانات الأخرى ذات الجهاز العصبي.
إعادة ترتيب الكروموسومات
تضمنت معظم الدراسات المبكرة في هذا المجال تحديد الجينات ذات الصلة الموجودة في جميع الحيوانات وتحديد كيفية ارتباط هذه الجينات. من المفترض أن الكائنات الحية نفسها مرتبطة بالمثل. قد يكون هذا مفيدًا للغاية في العديد من المواقف ، لكن التحليل يميل إلى أن يكون مربكًا عندما تتفرع العديد من الأنواع في وقت قصير أو عندما تتغير الجينات الفردية كثيرًا بسبب الضغوط التطورية. لذا فإن الإجابة الدقيقة التي تحصل عليها يمكن أن تعتمد أحيانًا على الجينات التي تختار فحصها.
تحاول الدراسة الجديدة تجنب الالتباس من خلال النظر في كيفية ترتيب الجينات على الكروموسومات. اتضح أن الجينات الفردية تميل إلى البقاء في نفس المكان على الكروموسوم لفترات طويلة من الزمن. تشير التقديرات إلى أن انتقال واحد في المائة فقط من الجينات في جينوم حيواني نموذجي إلى كروموسوم جديد يستغرق 40 مليون سنة. لذا هناك احتمالات أنه إذا كانت هناك أربعة جينات جنبًا إلى جنب الآن ، فإنها كانت جنبًا إلى جنب في أسلاف ثدييات اليوم التي كان عليها أن تتجنب أكلها من قبل الديناصورات.
هذا لا يعني أن هؤلاء الأسلاف كان لديهم بالضبط نفس العدد والترتيب من الكروموسومات. تحدث عمليات إعادة الترتيب على نطاق واسع ، مثل اندماج أو انقسام الكروموسومات ، أو تبديل جزء كبير من واحد إلى آخر. لكن عمليات إعادة الترتيب الكبيرة هذه تُبقي جميع الجينات المجاورة تقريبًا بجانب بعضها البعض ، حتى لو انتهى الأمر بالمجموعة بأكملها على كروموسوم مختلف (يمكن أن تنطوي عمليات التبادل على قدر ضئيل من كسر جزيء الحمض النووي).
هذا يعني أن كسر الترتيب الخطي لمجموعة الجينات – يسمى تقنيًا تركيبي– نادر جدًا في التاريخ التطوري للحيوان. ومن خلال تتبع التغييرات في ترتيب الجينات عبر الأنواع المختلفة ، يمكننا تحديد مكان كسر مجموعات جينات الكائن الحي في الماضي وأي الأنواع الأخرى ورثت نفس إعادة الترتيب. ويمكن أن يخبرنا عن الكائنات الحية الأكثر ارتباطًا بنا.
متابعة إعادة الترتيب
للقيام بهذا النوع من التحليل ، تحتاج إلى معرفة كيفية ترتيب الجينات على الكروموسومات. لقد طورنا مؤخرًا تقنية تسمح لنا بتسلسل قطع طويلة جدًا من الحمض النووي – غالبًا عشرات الآلاف من القواعد المتتالية – مما يجعل تجميع الكروموسومات أسهل كثيرًا. اعتمد الباحثون على العديد من الجينوم الحيواني حيث تم القيام به واستكملوا القليل منها للدراسة. بالإضافة إلى ذلك ، أعادوا بناء كروموسومات الكائنات وحيدة الخلية التي يُعتقد أنها مرتبطة ارتباطًا وثيقًا بالحيوانات لتوفير أساس لترتيبات البداية.
يُعتقد أن أصل الحيوانات حدث منذ حوالي 800 مليون سنة. لذلك ، على الرغم من أن تكسير مجموعات الجينات أمر نادر الحدوث ، فهذا وقت كافٍ لحدوثه على جزء كبير من الجينوم. كان الباحثون قادرين فقط على تحديد ما يقل قليلاً عن 300 جين كانت في مجموعات تعود إلى أقارب وحيدة الخلية للحيوانات ، مع أكبر تجمع يضم 29 جينًا. عندما أجرى الباحثون 10 ملايين عملية محاكاة حطمت الجينات بشكل عشوائي بمعدلات متوقعة على مدى 800 مليون سنة ، لم ينتهوا أبدًا بمجموعة كبيرة مثل ثمانية جينات ، لذلك من المحتمل أن تكون معظمهم حالات أسلاف حقيقية.
من خلال تتبع عمليات إعادة الترتيب ، تمكن الباحثون من تحديد ثماني عمليات إعادة ترتيب مشتركة بين الحيوانات ذات الجوانب اليسرى واليمنى مثلنا مثل الفقاريات ، وأشياء مثل قنديل البحر (Cnidaria) والإسفنج (Porifera). لم يظهر أي من هؤلاء في الهلام المشط (Ctenophora). مرة أخرى ، أجروا 100 مليون محاكاة عشوائية ولم يروا هذا النموذج القديم أبدًا ، لذلك يبدو أنه حقيقي.
هذا يعني أن الحيوانات مثلنا مثل الفقاريات ، وكذلك أي شيء له جانبه الأيسر والأيمن ، ترتبط ارتباطًا وثيقًا بالإسفنج أكثر من ارتباطنا بالهلام. هذا على الرغم من حقيقة أن الإسفنج ليس له عضلات ولا جهاز عصبي ، في حين أن الهلام المشط يشترك معنا في كليهما.
كيف هذا ممكن ؟
بالإضافة إلى افتقارها إلى الأعصاب والعضلات ، تتمتع الإسفنج بخصوصية امتلاك العديد منها بنية داخلية معدنية تشبه إلى حد ما الهيكل العظمي. يستخدم الكثير منهم كربونات الكالسيوم لتكوينه ، لكن بعض الأنواع تشكله من السيليكا ، والتي تختلف كيميائيًا جدًا عن أي شيء نقوم به من قبل الأطراف الثنائية. كما أنها تفتقر إلى شيء مثل الجهاز الهضمي الداخلي.
ولكن إذا بدا هؤلاء وكأنهم أقارب غريبون ، فإن Placozoa هي قحبة العم لعائلة الحيوانات. توجد هذه كقرص ذو وجهين يتحرك بطريقة منسقة عبر الأسطح. عندما يمشون عبر الطعام ، فإنهم ببساطة يشكلون نوعًا من الجيب تحت القرص ويهضمونه على الفور. يحدث كل هذا بدون أي خلايا عصبية أو عضلية واضحة ، على الرغم من وجود تقارير تفيد بأنهم يعانون من طفرات في النشاط الكهربائي والتي تعتبر ، في الحيوانات الأخرى ، من السمات المميزة للخلايا العصبية.
مرة أخرى ، يبدو أن هذه المجموعات أكثر ارتباطًا بنا من الهلام المشط ، الذي يحتوي على شبكات عصبية وخلايا عضلية.
هناك تفسيران محتملان لهذا ، ومن المستحيل التمييز بينهما في هذه المرحلة. الأول هو أن أسلاف الإسفنج والبلاكوزوا كان لديهم أيضًا عضلات وخلايا عصبية لكنهم فقدوها أثناء التطور ، مما أدى إلى تبسيط خطط أجسامهم بشكل جذري على مدى مئات الملايين من السنين. هذا يتعارض مع الطريقة التي يتوقع بها معظم الناس أن يعمل التطور ، لكن العديد من الكائنات الحية قد ازدهرت على خطط جسم مبسطة (العديد منها طفيليات). وازدهرت الإسفنج في المكانة التي يشغلونها. قد تكون حيوانات Placozoans مزدهرة أيضًا ، لكنها صغيرة ويسهل التغاضي عنها ، لذلك ليس لدينا فهم جيد لذلك.
البديل هو أن أشياء مثل العضلات والخلايا العصبية تطورت مرتين. قد يبدو الأمر غير محتمل بشكل لا يصدق ، ولكن هناك بعض الأشياء التي تشير إلى هذا الاتجاه. الأول هو أنه يبدو أن هناك اختلافات كبيرة بين الخلايا العصبية والعضلية للهلام المشط وتلك الخاصة بالحيوانات ذات الجانبين الأيمن والأيسر. يبدو أن Placozoans ، كما ذكر أعلاه ، لديها سلوك يشبه الخلايا العصبية على الرغم من أنها تفتقر إلى الخلايا العصبية. ويتم إنتاج العديد من المجمعات البروتينية الضرورية لعمل الخلايا العصبية عن طريق الإسفنج. لذلك يمكن أن يكون أسلاف كل هذه الحيوانات قد وضعوا قطعًا سمحت للخلايا العصبية بالتطور مع تغييرات أقل مما قد يكون ضروريًا.
سيكون التمييز بين هذه الاحتمالات تحديًا خطيرًا ، ومن غير المرجح أن يوفر لنا جمع المزيد من التسلسلات الجينومية إجابة. بدلاً من ذلك ، ربما نحتاج إلى بدء العمل على تربية الهلام المشط في المختبر ، حتى نتمكن من إلقاء نظرة فاحصة على الخلايا العصبية والعضلية.
الطبيعة ، 2023. DOI: 10.1038 / s41586-023-05936-6 (حول DOIs).
