روبن البحر كنموذج تطوري لتطوير السمات
روبينز هي أسماك بحرية مناسبة بشكل خاص لنمط الحياة في قاع البحر: ستة زوائد تشبه الأرجل تجعلها ماهرة بشكل خاص في التجول والحفر والعثور على الفريسة بحيث تميل الأسماك الأخرى إلى التسكع معها وسرقة فرائسها. كان لقاء الصدفة في عام 2019 مع هذه الأسماك ذات الأرجل الغريبة في مختبر كيب كود لعلم الأحياء البحرية أكثر من كافٍ لإلهام كوري ألارد بالرغبة في دراستها.
وقال ألارد، زميل ما بعد الدكتوراه في مختبر نيكولاس بيلونو، الأستاذ في قسم الجزيئات والخلوية: "لقد رأينا أنهم يحتفظون بطيور أبو الحناء في دبابة، وأظهروها لنا، لأنهم يعرفون أننا نحب الحيوانات الغريبة". علم الأحياء. يدرس مختبر بيلونو البيولوجيا الحسية وعلم وظائف الأعضاء الخلوية للعديد من الحيوانات البحرية، بما في ذلك الأخطبوطات وقنديل البحر والقواقع البحرية.
وتابع ألارد: "إن طائر الحناء هو مثال على نوع يتمتع بسمة غير عادية وجديدة للغاية". "أردنا استخدامها كنموذج لطرح السؤال التالي: كيف يمكنك إنشاء عضو جديد؟"
أدى تعمق ألارد في بيولوجيا روبيان البحر إلى التعاون مع الباحثين في جامعة ستانفورد لدراسة علم الوراثة التطوري للأسماك، وبلغت ذروتها في ورقتين متتاليتين في مجلة Biology Current، والتي ضمت لونو وإيمي هربرت وديفيد كينجسلي من جامعة ستانفورد وآخرين. توفر الدراسات الفهم الأكثر شمولاً حتى الآن لكيفية استخدام أبي الحناء لأرجله، وأي الجينات تتحكم في مظهر الأرجل وكيف يمكن استخدامها كأساس مفاهيمي للتكيفات التطورية.
"أرجل" روبينز هي في الواقع امتدادات للزعانف الصدرية، مع ثلاثة على كل جانب. سعى ألارد أولاً إلى تحديد ما إذا كانت الأرجل أعضاء حسية حقيقية، وهو أمر شكك فيه العلماء ولكن لم يؤكدوه قط. أجرى تجارب لمراقبة أسيرة روبيان البحر وهي تصطاد الفرائس، حيث تتناوب بين السباحة القصيرة و"المشي". حتى أنهم يقومون في بعض الأحيان بكشط السطح للعثور على فريسة مدفونة مثل المحار والروبيان، دون إشارات بصرية. أدرك الباحثون أن القدمين كانت حساسة لكل من المحفزات الميكانيكية والكيميائية. حتى أنهم قاموا بدفن الكبسولات مع عدد قليل من المواد الكيميائية، ويمكن للأسماك العثور عليها بسهولة.
أدى حدث الصدفة إلى اكتشاف مفاجئ آخر. لقد تلقوا شحنة جديدة من الأسماك في منتصف الدراسة التي بدت مثل الأسماك الأصلية، لكن الأسماك الجديدة، كما قال ألارد، لم تحفر ولم تجد فريسة أو كبسولات مدفونة مثل الأسماك الأصلية. يتذكر بيلونو ضاحكًا: "اعتقدت أنهم مجرد سمكة سيئة، أو ربما لم يكن الإعداد ناجحًا".
وفي النهاية تبين أن الباحثين قد حصلوا على أنواع مختلفة من أبو الحناء. في دراساتهم، انتهى بهم الأمر إلى تحديد خصائص كل من - Prionotus carolinus، الذي يحفر للعثور على فريسة مدفونة وحساسة للغاية للمس والمواد الكيميائية، وP. Evolans، التي تفتقر إلى هذه القدرات الحسية وتستخدم أرجلها للحركة والفحص ولكن ليس للحفر.
وبفحص الاختلافات في الأرجل بين النوعين، اكتشفوا أن أرجل الأنواع الحفارة كانت على شكل ملعقة ومزينة بنتوءات تسمى الحليمات، تشبه براعم التذوق لدينا. كانت أرجل الأسماك غير الحفارة على شكل عصا وتفتقر إلى الحليمات. وبناء على هذه الاختلافات، خلص الباحثون إلى أن الحليمات هي تخصصات فرعية تطورية.
تتضمن ورقة ألارد التي تصف تطور أعضاء الحواس الجديدة في أبو الحناء تحليلًا لعينات أبو الحناء من متحف علم الحيوان المقارن لفحص شكل الساق بين الأنواع وعبر الزمن. ووجد أن الأنواع المختبئة تقتصر على مواقع قليلة فقط، مما يشير إلى تطور حديث نسبيًا لهذه السمة.
لم يكن الغرض من دراسة سيقان أبو الحناء مجرد التسكع مع حيوانات غريبة (على الرغم من أن ذلك كان ممتعًا أيضًا). تعتبر الأسماك المتحركة كائنًا حيًا نموذجيًا يتمتع بإمكانات كبيرة لمقارنة السمات المتخصصة، ولتعلمنا كيف يتيح التطور التكيف مع بيئات محددة للغاية.
منذ حوالي 6 ملايين سنة، طور البشر القدرة على المشي منتصبين، وانفصلوا عن أسلافهم من الرئيسيات. إن المشي على قدمين هو سمة مميزة لجنسنا البشري، ونحن لا نعرف سوى القليل عن كيف ومتى ولماذا حدث هذا التغيير. يمكن أن تقدم روبيات البحر وتكيفها مع الحياة في قاع المحيط أدلة. على سبيل المثال، هناك عوامل النسخ الجيني التي تمنع تطور أرجل أسود البحر والتي توجد أيضًا في أطراف الحيوانات الأخرى، بما في ذلك البشر.
البحث الآخر الذي ركز على علم الوراثة شمل مختبر كينجسلي في جامعة ستانفورد. والفيزيائي الإيطالي أجزا سيمينارا؛ وعالمة الأحياء مودا بالدوين من معهد ماكس بلانك في ألمانيا؛ وقاموا بفحص شامل للأساس الجيني للخاصية غير العادية للأسماك التي تمشي. استخدم الباحثون تقنيات تشمل التحرير النسخي والجينومي لتحديد عوامل النسخ الجيني المستخدمة في تكوين الأرجل ووظيفتها في روبيان. كما قاموا بإنتاج هجينة بين نوعين من أبو الحناء بأشكال أرجل مختلفة لدراسة الأساس الجيني لهذه الاختلافات.
وقال بيلونو: "لقد عملت إيمي وكوري كثيرًا لوصف هذا الحيوان، وأعتقد أنه من النادر جدًا الانتقال من وصف السلوك إلى وصف الجزيئات ووصف الفرضية التطورية". "أعتقد أن هذه وصفة جميلة لكيفية طرح سؤال علمي ومتابعته بدقة بعقل فضولي ومنفتح."
