أثبت باحثون من جامعة تل أبيب بمساعدة الديدان أن الميراث اللاجيني للانجذاب الجنسي يمكن أن يؤثر على عملية التطور
ما الذي جعل الدودة تفضل التكاثر الجنسي مع الذكور، وهي قادرة على إخصاب نفسها، وكيف أثر ذلك على الأجيال القادمة؟ اكتشف باحثون من جامعة تل أبيب أن الوراثة اللاجينية (خارج تسلسل الحمض النووي) يمكن أن تؤثر على تكوين الجينات في مجموعة سكانية لعدد كبير من الأجيال. البحث الذي نشر اليوم في مجلة Development Cell المهمة، قاده البروفيسور عوديد رافافي والدكتور إيتاي توكر، والدكتور إيتمار ليف والدكتور يائيل مور، الذين أكملوا درجة الدكتوراه تحت إشرافه، من قسم علم الأحياء العصبية في كلية علوم الحياة وكلية سيغول لعلم الأعصاب في جامعة تل أبيب. وأجريت الدراسة بالتعاون مع جامعة روكفلر في نيويورك.
يوضح البروفيسور رافافي: "لقد قمنا بتربية ديدان C. elegans في المختبر تحت ظروف الإجهاد الحراري، أي في درجات حرارة أعلى قليلاً من المعتاد". "كانت النتيجة أن الإناث أصبحت أكثر جاذبية وتزاوجت أكثر مع الذكور. إنه أمر مثير للاهتمام، ولكن النتيجة المذهلة حقًا هي أنه حتى بعد عودة الديدان إلى درجات الحرارة الطبيعية، في الأجيال اللاحقة، استمرت نسل هذه الديدان في جذب المزيد من الذكور عندما تتزاوج الديدان مع الذكور بدلاً من تخصيب نفسها، فإنها تنقل فقط نصف الجينوم الخاص بها للجيل التالي للدفع، ولكن الفائدة هي زيادة التنوع الجيني، وقد اكتشفنا بالفعل بمساعدة تجارب التطور في المختبر أن هذه قد تكون استراتيجية مفيدة، أي استراتيجية تكيفية."
تنتج أنثى ديدان C. elegans بيضها وحيواناتها المنوية وبالتالي تخصب نفسها (وبالتالي تعتبر خنثى). تنتج الديدان الحيوانات المنوية فقط في مرحلة معينة من تطورها، وبعد ذلك تنتج البويضات فقط. وفي الوقت نفسه، هناك أيضًا ذكور نادرون في المجموعة يمكنهم التزاوج معهم - لذا فإن الأنثى هي التي تختار ما إذا كانت ستخلط جيناتها في التكاثر الجنسي مع الذكر. ودفعت الظروف البيئية في التجربة المزيد من الإناث للتزاوج، وهي سمة تم الحفاظ عليها أيضا في نسلهن الذي نشأ في بيئات مريحة، ولم يتعرض للإجهاد الحراري.
من الإخصاب الذاتي إلى التكاثر الجنسي
يقول الدكتور إيتاي توكر: "في دورة حياة الدودة الخنثى، ينفد مخزون الحيوانات المنوية الذاتية عندما تكبر". "في هذه المرحلة، من أجل الاستمرار في التكاثر، ليس أمامها خيار سوى إفراز فرمون يجذب الذكور. لقد عطلت ظروف الحرارة التي خلقناها وراثة جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة التي تتحكم وراثيا في التعبير الجيني في الحيوانات المنوية، لذلك ولم يكن الحيوان المنوي للدودة قادراً على تخصيب البويضة بالكفاءة المعتادة. شعرت الدودة أن الحيوانات المنوية التي تنتجها قد تضررت جزئيا، ولذلك بدأت بإفراز الفرمون وجذب الذكور في وقت مبكر، وهي لا تزال صغيرة. لقد حدث أن العديد من الديدان تتكاثر في سن مبكرة مع ذكور الديدان. وقد تم توريث هذه السمة على مدى أجيال عديدة إلى الأبناء الذين لم يتعرضوا لظروف الحرارة".
"لقد اكتشفنا في الماضي آلية مخصصة توريث جزيئات الحمض النووي الريبي الصغيرة للأجيال القادمة، في نفس الوقت وبطريقة مختلفة عن الآلية المعتادة التي تورث الحمض النووي للأجيال القادمة، وتمكن من وراثة بعض الصفات المكتسبة. من خلال تثبيط آلية وراثة الـ RNA الصغيرة، أثبتنا أن وراثة الجذب المتزايد تعتمد على انتقال الـ RNA الصغيرة بين الأجيال التي تتحكم في نشاط الحيوانات المنوية. لقد تابعنا نسل الأمهات اللاتي يرثن جاذبية الذكور باستخدام RNAs صغيرة، وتركناهن يتنافسن على الذكور، لأجيال عديدة، ضد النسل الطبيعي من سلالة السيطرة، ورأينا أن وراثة الانجذاب الجنسي أدت إلى مزيد من التزاوج في ظل هذه الظروف التنافسية ونتيجة لذلك، تمكنت النسل الجذاب من نشر جيناته بين السكان بنجاح أكبر."
البيئة تؤثر على التنوع
كقاعدة عامة، تتفاعل الكائنات الحية مع بيئتها عن طريق تغيير التعبير عن جيناتها - دون تغيير الجينات نفسها. إحدى آليات التحكم هذه هي جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الصغيرة التي تدمر جزيئات تسمى messenger RNA (mRNA) المسؤولة عن نقل المعلومات الجينية من الحمض النووي إلى البروتينات - وبالتالي إسكات الجينات غير المطلوبة في بيئة معينة. إن إدراك أن بعض المعلومات اللاجينية المشفرة في جزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الصغيرة تنتقل من جيل إلى جيل يُحدث ثورة في فهمنا للوراثة، ويتحدى العقيدة التي سيطرت على التطور لمدة مائة عام أو أكثر، ومع ذلك، لم يتمكن الباحثون حتى الآن من ذلك إيجاد طريقة يمكن أن يؤثر بها الوراثة اللاجينية على التسلسل الجيني نفسه (الحمض النووي).
يقول الدكتور ليف: "إن علم الوراثة بشكل عام، ووراثة السمات المكتسبة عن طريق RNAs الصغيرة على وجه الخصوص، هو مجال جديد ومثير". "لقد أثبتنا الآن لأول مرة أن البيئة يمكن أن تغير ليس فقط التعبير الجيني - بل أيضًا. ولكن، بشكل غير مباشر، أيضًا الوراثة الجينية نفسها، وعلى مدى الأجيال. في معظم الأحيان، يعد الوراثة اللاجينية لجزيئات الحمض النووي الريبي (RNA) الصغيرة أمرًا عابرًا: حيث يتعرض الكائن الحي لبيئة معينة، ويحافظ على التنوع اللاجيني لمدة 3-5 أجيال، وفي المقابل، يستغرق التغيير التطوري مئات وآلاف الأجيال لوجود صلة بين علم الوراثة اللاجينية وعلم الوراثة، ووجدوا أن التغير في البيئة المرتبط بالاحتباس الحراري على مستوى العالم يحفز وراثة إفراز الفيرمون لجذب الذكور وبالتالي يؤثر على تطور جينوم الديدان.
ويضيف الدكتور مور: "إنها في الواقع وسيلة للبيئة لضبط التنوع الجيني." ففي نهاية المطاف، يتطلب التطور التنوع والاختيار. النظرية الكلاسيكية هي أن البيئة يمكن أن تؤثر على الاختيار، ولكنها لا تستطيع التأثير على التنوع - الذي يتم إنشاؤه بشكل عشوائي نتيجة للطفرات. لقد أظهرنا أن البيئة يمكن أن تؤثر بالفعل على التنوع في ظل ظروف معينة."
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
