أحفورة حية تحت التهديد – أقدم نبات بري حي في خطر بسبب تغير المناخ

الطحلب النادر صِنف تاكاكيا تطورت على مدى ملايين السنين لتزدهر في البيئات المرتفعة. اكتشف جهد بحثي تعاوني بقيادة البروفيسور رالف ريسكي من جامعة فرايبورغ والبروفيسور ييكون هي من جامعة كابيتال نورمال في الصين مؤخرًا كيف طورت القدرة على البقاء على قيد الحياة في حالة التجمد والأشعة فوق البنفسجية العالية، والتي يحتمل أن تكون مميتة. .

نشرت في مجلة مرموقة خليةوتصف الدراسة الخصائص الوراثية التي تسلح الطحلب ضد العوامل البيئية القاسية. ويظهر الباحثون أيضًا كيف كان للتغير المناخي السريع تأثير كبير خلال سنوات قليلة فقط على الموائل الطبيعية لهذه الأنواع المتخصصة للغاية.

النوع تاكاكيا يشمل نوعين فقط. ولا توجد معًا إلا على هضبة التبت، “سقف العالم”، وهي نقطة ساخنة للتنوع البيولوجي. هناك، اكتشف البروفيسور شيويدونغ لي، أحد مؤلفي الدراسة الأولين، مجموعات من هذا النوع تاكاكيا ليبيدوزويدس أكثر من أربعة آلاف متر في عام 2005. ومنذ ذلك الحين، درس الفريق تاكاكيا في الجبال وفي المختبر لأكثر من عقد من الزمان.

على سبيل المثال، زار المؤلف الأول الآخر للدراسة، الدكتور رويانغ هو، الموقع أكثر من عشرين مرة خلال فترة الدراسة. “من الصعب العمل على هذا الارتفاع. يوضح لي: “يمثل المرض في المرتفعات مشكلة وأحياناً تفشل أدواتنا. ومع ذلك، فأنا أحب العمل في هذه البيئة. يقول هو: “هناك تدرك حقًا مدى أهمية الحفاظ على البيئة وحمايتها”.

منظر للمنطقة حيث درس الباحثون مجموعات الطحالب. نهر شرق جاوالونج الجليدي على اليسار. الائتمان: رويانغ هو / جامعة بكين كابيتال نورمال

على هضبة التبت، تاكاكيا يتم دفنه في الثلج لمدة ثمانية أشهر في السنة ويتعرض لمستويات عالية من الأشعة فوق البنفسجية. للبقاء على قيد الحياة هناك، تحتاج الكائنات الحية إلى تكيفات خاصة. ل تاكاكيالقد تطورت هذه على مدى 65 مليون سنة الماضية: منذ ذلك الحين فقط تم رفع هذه المنطقة من الأرض عن طريق الانجراف القاري، مما جعل موطن الطحالب متطرفًا بشكل متزايد.

“تساعدنا هذه السجلات الزمنية الجيولوجية على تتبع التكيف التدريجي للحياة على ارتفاعات عالية في العالم تاكاكيا “الجينوم”، يوضح ريسكي، الذي يجري بحثًا في جامعة فريبورغ ومركز التميز التابع لها CIBSS. في الدراسة الحالية، قام فريقه بالتحقيق في مسارات الإشارات البيولوجية التي تحمي الخلايا الطحلبية من، من بين أمور أخرى، الأشعة فوق البنفسجية المتجمدة والمطفرة.

تاكاكيا هو أقدم نبات بري حي

يحظى الطحلب، الذي يبلغ حجمه بضعة ملليمترات فقط، باهتمام خاص للباحثين لأن انتمائه المنهجي لم يكن واضحًا منذ فترة طويلة، لأنه يجمع بين سمات الطحالب الخضراء وحشيشة الكبد والطحالب. “لقد تمكنا الآن من إثبات ذلك تاكاكيا هو طحلب انفصل عن الطحالب الأخرى منذ 390 مليون سنة، بعد وقت قصير من ظهور النباتات البرية الأولى. لقد فوجئنا بالعثور على ذلك تاكاكيا يقول: “يحتوي على أكبر عدد معروف من الجينات سريعة التطور في ظل الانتقاء الإيجابي”.

الحفرية الحية

وكانت المفاجأة الأخرى أن الشكل الخاص لل تاكاكيا يمكن العثور عليها بالفعل في حفريات عمرها 165 مليون سنة من منغوليا الداخلية. وبالتالي، توفر الحفريات لعلماء الأحياء مرجعًا زمنيًا قيمًا آخر، حيث تظهر أن التغيرات الجينية التي تؤثر على الشكل قد تطورت منذ أكثر من 165 مليون سنة في ظل ظروف بيئية مختلفة جدًا.

ومن بين هذه الخصائص المميزة طريقة عمل جزيء إشارة الأوكسين، وهو أمر غير معتاد بالنسبة للنباتات، والذي يتحكم في نمو النباتات وتطورها. “على الرغم من أن تاكاكيا يتطور الجينوم بسرعة كبيرة لدرجة أن الشكل لم يتغير بشكل واضح لأكثر من 165 مليون سنة. هذا يفعل تاكاكيا أحفورة حية حقيقية. ويصف ريسكي هذا التناقض الواضح بين الشكل غير المتغير والجينوم سريع التطور، ويشكل تحديًا علميًا لعلماء الأحياء التطورية.

تغيير العمليات الأيضية يحمي من الأشعة فوق البنفسجية

في المقابل، وفقًا للدراسة الحالية، فإن السمات الوراثية التي تؤثر على معالجة إشارات التوتر وتنظيم بعض العمليات الأيضية تكون أصغر سنًا ولم تظهر إلا بعد ارتقاء هضبة التبت. تمكن الباحثون من تتبع ظهورها التدريجي على مدى الخمسين مليون سنة الماضية وإظهار كيف تحمي الخلايا الطحلبية من التأثيرات البيئية الضارة.

“مثلا، تاكاكيا وينظم عملية التمثيل الغذائي لتراكم الجزيئات مثل الفلافونويد والأحماض الدهنية غير المشبعة التي تحمي من الأشعة فوق البنفسجية الضارة والجذور الحرة. “نرى في الجينوم أن جزيئات الإشارة هي التي تنظم الحمض النووي بصلح، البناء الضوئي وتخضع آليات مكافحة الإجهاد التأكسدي لانتقاء إيجابي قوي بشكل خاص وقد تغيرت بشكل كبير خلال ملايين السنين القليلة الماضية.

تغير المناخ يمكن أن يضع حدا ل في تاكاكيا التطور بعد 390 مليون سنة

في حين أن تاكاكيا كان أمامه ملايين السنين للتكيف مع انخفاض درجات الحرارة وزيادة شدة الإشعاع، إلا أن موطنه يتغير في غضون عقود: منذ بدء القياسات في عام 2010، شهد الباحثون ارتفاعًا متوسطًا في درجة الحرارة بمقدار نصف درجة تقريبًا. درجة مئوية سنويا هناك.

وفي الوقت نفسه، تراجعت الأنهار الجليدية القريبة من مواقع أخذ العينات بنحو 50 مترًا سنويًا. الطحالب عالية التخصص تتحمل هذه الزيادة في درجة الحرارة بشكل أقل من الأنواع الأخرى. تاكاكيا وقد أصبحت أعدادها أقل بكثير خلال فترة الدراسة، في حين استفادت الأنواع النباتية الأخرى من ظاهرة الاحتباس الحراري. ويخشى الباحثون أن يستمر هذا الاتجاه.

“تظهر دراستنا كيف تاكاكيا هو تتبع تطور النباتات الأرضية. ويقول: “إن الانخفاض السكاني الذي شهدناه أمر مخيف”. ويشير هو إلى أنه “لحسن الحظ، فإن معرفة أن النبات مهدد بالانقراض يمنحنا أيضًا فرصة لحمايته، على سبيل المثال من خلال زراعته في المختبر”. “تاكاكيا رأيت الديناصورات تأتي وتذهب. لقد رآنا قادمين، نحن البشر. ويختتم ريسكي حديثه قائلاً: “يمكننا الآن أن نتعلم شيئًا عن مرونة هذا الطحلب الصغير وانقراضه”.

المرجع: “التطور التكيفي للتاكاكيا الغامض في مواجهة تغير المناخ في التبت” بقلم رويانغ هو، شيويدونغ لي، يونغ هو، رونجي تشانغ، تشيانغ لف، مين تشانغ، شيانيونغ شنغ، فنغ تشاو، زيجيا تشن، يوهان دينغ، هوان يوان، شياو فنغ وو، شوانغ شينغ، شياويو يان، فانغ باو، بينج وان، ليهونغ شياو، شياو تشين وانغ، وي شياو، إيفا إل. ديكر وييكون هي، 9 أغسطس 2023، خلية.
دوى: 10.1016/j.cell.2023.07.003

تم تمويل الدراسة من قبل المؤسسة الوطنية للعلوم الطبيعية في الصين، قسم العلوم والتكنولوجيا في منطقة التبت ذاتية الحكم، مبنى المعلوماتية الحيوية والإحصاء الجديد متعدد التخصصات بجامعة كابيتال نورمال، المختبر الرئيسي في شنتشن حول تنوع النباتات شبه الاستوائية الجنوبية، مؤسسة الأبحاث الألمانية DFG وكذلك من معهد الدراسات المتقدمة في فريبورغ FRIAS ومعهد الدراسات المتقدمة USIAS بجامعة ستراسبورغ (METABEVO).