7 دقیقه
تصور کنید دنیایی که در آن رقابت برای جفتگیری به کلی ناپدید شده باشد. چه بلایی بر سر صفاتی میآید که تنها برای پیروز شدن در مبارزاتی وجود دارند که دیگر اتفاق نمیافتند؟ در مورد موریانهها پاسخ تا حدی لفظی و تا حدی ژنتیکی است: حرکت اسپرمها ایستا شد.
از سوسکهای پرسهزن تا اَبَرموجوداتی محصور در خانه
موریانهها از نیاکان شبیه سوسک منشا گرفتهاند که به زندگی در چوب و تغذیه از آن روی آوردند. این گذار — از حشرات آزادزی با رژیمهای غذایی گوناگون به متخصصانی که از سلولز کمارزش تغذیه میکنند — یک اثر دومینویی در زیستشناسی آنها بهوجود آورد. پژوهشگرانی که ژنوم موریانهها را با سوسکها مقایسه کردند گزارش دادند که بهجای افزودن تعداد زیادی ژن جدید برای تأمین زیست اجتماعی، موریانهها مجموعههای کامل ژنهای مرتبط با گوارش، متابولیسم و تولیدمثل را حذف کردند یا بهشدت کاهش دادند.
یکی از چشمگیرترین کاهشها مربوط به حرکتی شدن اسپرم است. در تیرههایی که به ازدواج اجباری و پایدار رسیدند، اسپرم دیگر در مجرای تولیدمثلی ماده با رقابت مواجه نبود. وقتی اسپرم یک نر هرگز مجبور نیست اسپرم یک رقیب را جابهجا کند، فشار انتخاب طبیعی برای حفظ ماشینآلات شناوری پیچیده و پرمصرف انرژی از بین میرود. در طول میلیونها سال، ژنهایی که زمانی دمها و سامانههای سلولی راننده آنها را میساختند، بیفایده شده و از ژنوم حذف گشتند.
نیتن لو، زیستشناس تکاملی دانشگاه سیدنی و یکی از نویسندگان مطالعه، این موضوع را ساده بیان میکند: وقتی تکهمسری تثبیت شود، انتخاب روی سازوکارهایی که زمانی برای رقابت نرها اهمیت داشتند، کاهش مییابد. نتیجه تنها یک تغییر رفتاری نیست، بلکه یک دگرگونی ژنومی است.
ملکه موریانه Macrotermes michaelseni (بالا سمت چپ) که توسط کارگرها و پادشاه بزرگتر تمیز و ترتیب داده میشود؛ سربازها در پیشزمینه دیده میشوند.
تحلیلهای مقایسهای نشان میدهد که حذف این مجموعهها بهطور هدفمند روی مسیرهای مولکولی خاصی تمرکز داشته است: اجزای ساختمانی تاژکها، پروتئینهای درگیر در تولید انرژی برای شنا، و شبکههای تنظیمکننده مربوط به تحرک اسپرم از نمونههای واضحاند. اینگونه کاهشها تنها از نظر ساختاری اهمیت ندارند، بلکه پیامدهای عملی بر فیزیولوژی تولیدمثلی و تخصیص منابع متابولیک کل کلنی دارند.
از منظر زیستانگاری و فیزیولوژی تطبیقی، قضیه روشن است: هنگامی که منافع بسیط رقابت جنسی حذف میشود، انرژی میتواند به جای صرف تولید و نگهداری ساختارهای پرهزینه اسپرماتیک، به نگهداری بافتهای دیگری مثل سیستم ایمنی کلنی، تولید مثل ملکه یا تداوم ساختارهای اجتماعی اختصاص یابد. اینچنین بازتخصیص انرژی به نفع کارکردهای جمعی کلنی است.
چگونه رژیم غذایی، توسعه و نسبتهای خویشاوندی نقشهای کلنی را میتند
این تغییرات ژنومی در خلاء رخ ندادهاند. تیم پژوهشی دریافت که فیزیولوژی توسعهای — بهویژه نحوه تقسیم انرژی در لاروها در پاسخ به غذای به اشتراک گذاشته شده توسط خواهران و برادران بزرگتر — سرنوشت کاستها را تعیین میکند. لاروهایی که بهطور مکرر تغذیه میشوند سریعتر رشد کرده و به کارگر تبدیل میشوند. لاروهای کمتر تغذیهشده رشد آهستهتری دارند و میتوانند نائمفهای تولیدمثلی شوند که در صورت تاجگذاری، درون کلنی جفتگیری خواهند کرد.
این سازوکار توسعهای وابسته به غذا یک حلقه بازخوردی ایجاد میکند. کارگرها از نوزادان مراقبت و آنها را تغذیه میکنند، که این امر تعیین میکند چه کسی کارگر میشود و چه کسی پتانسیل تبدیل به پادشاه یا ملکه را دارد و این خود به تثبیت نیروی کار کلنی میانجامد. نسبت خویشاوندی بالا در داخل کلنی، که ناشی از جفتگیریهای تکهمسری طولانیمدت پادشاهان و ملکههای بنیانگذار است، این آرایش را از منظر تکاملی قابل دوام میکند. در عمل، خویشاوندی و کار مشترک جای رقابت جنسی را بهعنوان موتور انتخاب گرفتهاند.
این پویایی را میتوان از دیدگاه نظریه انتخاب خویشاوندی گزارش کرد: هنگامی که مزایای کمک به اجداد یا خویشاوندان نزدیک از طريق کار گروهی بیشتر از منفعت جفتگیری مستقیم باشد، صفات همیاری و پرهیز از رقابت شدید جنسی تقویت میشوند. موریانهها نمونهای عملی از این قوانین نظری هستند.
ژنومیک تطبیقی نقش مرکزی در باز کردن گره این الگوها داشت. با نقشهبرداری از حضور و بیان ژنها در میان سوسکها و گونههای متعدد موریانه، پژوهشگران مسیرهای ژنتیکی را ردیابی کردند که همزمان با افزایش پیچیدگی اجتماعی کوچکتر شدهاند. الگوی غافلگیرکننده این بود: جوامع پیچیدهتر همراه با مخازن ژنی کوچکتر در بعضی دستهبندیهای عملکردی بودند.
این یافته خلاف پیشفرض شهودی است که پیچیدگی اجتماعی الزاماً نیازمند ژنومهای بزرگتر و پیچیدهتر است. بهجای آن، تکامل موریانهها مسیر دیگری را نشان میدهد: آنچه را که دیگر نیاز نیست ساده کنید و زیستشناسی باقیمانده را بازکاربری کنید تا کلنی مانند یک ارگانیسم واحد هماهنگ شود، نه تجمعی شل و ول از فردها.
کاست تولیدمثلی موریانه Mastotermes darwiniensis که توسط یک کارگر (وسط) تمیز میشود، با سربازها در سمت چپ و راست.
پیامدهای گستردهتر چه هستند؟ برای زیستشناسی تکاملی، این یادآوری است که سازگاری تنها جمعی و افزایشمحور نیست. از دست دادن میتواند نیرویی خلاق باشد. حذف مسیرهای مولکولی یا کاهش تنوع ژنتیکی در برخی کارکردها نوعی «اقتصاد زیستی» ایجاد میکند که میتواند کارایی را در سطح کلنی افزایش دهد.
برای علوم کاربردی، درک اینکه حشرات اجتماعی چگونه فیزیولوژی را بهصرفه میکنند میتواند الهامبخش رویکردهای بیومیمتیک در تخصیص انرژی، طراحی رباتهای همکاری و مدیریت منابع توزیعشده باشد. برای علاقهمندان به مبادلات شگفتآور تطبیقی: بیصدا شدن حرکت اسپرم در موریانهها داستان هشداری درباره آنچه موجودات هنگام حذف رقابت از دست میدهند، ارائه میدهد.
از منظر مولکولی، کاهش وظایف حرکتی اسپرم ممکن است با تغییرات در بیان ژنهای مرتبط با میکروتوبولها، پروتئینهای موتوری (مانند دیاکینینها) و مسیرهای سیگنالدهی وابسته به کلسیم همراه باشد. این تغییرات میتوانند بهصورت حذف کامل ژنها، جهشهای غیرعملیساز یا تنظیم پایینِ بیان ژن ظاهر شوند. هر یک از این مسیرها نشاندهنده راههای قابل سنجش برای مطالعات آینده است.
علاوه بر این، تعامل بین تغذیه لاروها و سرنوشت سرشتی آنها نمایانگر نقش مهم اکولوژی تغذیهای در آشکارسازی فنوتیپ است. مطالعات تجربی با تنظیم مصنوعی تغذیه لاروها میتواند به سنجش کمّی حساسیت توسعهای و نقاط آستانهای کمک کند که تعیین میکند چه لاروهایی کارگر شوند و چه لاروهایی پتانسیل تولیدمثلی را حفظ کنند.
در نهایت، وقتی دفعه بعد کارگرهای مورچه یا موریانه را میبینید که در یک تونل شتابان میدوند، به قراردادهای ژنتیکی نامرئیای فکر کنید که آن تونلها را ممکن ساختهاند: معاملات تکاملی بین هزینه و سود، بین رقابت فردی و همکاری گروهی، و بین حفظ و حذف تواناییهایی که زمانی حیاتی بهنظر میرسیدند.
این بررسیها نهتنها تصویر غنیتری از راههای مختلفی که حیات اجتماعی میتواند تکامل یابد پدید میآورند، بلکه پرسشهای جدیدی برای پژوهشهای آینده باز میکنند: چه پیامدهایی برای تنوع ژنتیکی طولانیمدت کلنیها وجود دارد؟ حذف ژنها چگونه بر توانایی سازگاری در برابر تغییرات زیستمحیطی تأثیر خواهد گذاشت؟ پاسخ به این پرسشها نیازمند تلفیق ژنومیک تطبیقی، فیزیولوژی توسعه و مطالعات اکولوژیکی در میدان خواهد بود.
منبع: sciencealert
نظرات
مهدی
قشنگ نوشته شده، ولی به نظرم بعضی نتیجهگیریها شتابزدهست. داده میدانی و آزمایشی بیشتر لازمه
بیونیکس
تو کارم با حشرات سروکار داشتم، بازتخصیص انرژی رو دیدم اما اینکه اسپرم تا این حد غیرفعال شه هنوز برام سواله، اطلاعات بیشتر میخواد
توربوجت
این واقعاً مستدل هست؟ حذف ژنها ممکنه انعطافپذیری کلنی رو پایین بیاره، شواهد طولانیمدت کجاست؟
دیتاکس
وااای اینکه اسپرمها بیصدا میشن… مغزمو خورد! یعنی میلیونها سال حذف ژنها، عجیب و در عین حال منطقی
ارسال نظر