اعدادات الموقع

ما يمكن أن أنماط الفراشات الملونة الجناح يعلمنا عن التطور

معهد سميثسونيان للأبحاث المدارية بالقلق من أن كل فراشة متحولة سوف تموت. لقد كانوا يحاولون إلغاء تنشيط الجين الحاسم في نمط الجناح المعروف باسم wntA ، وكانوا يهدفون إلى إجراء هذا التغيير الجيني ليس فقط في مجموعة متنوعة من الفراشات ، ولكن في 22 نوعًا. لحسن الحظ ، تطورت الحشرات الطافرة بشكل طبيعي ، من البيض إلى اليرقات إلى الأقحوان إلى الفراشات الكاملة. وعندما رفعت الفراشات أخيرًا عن جناحيها ، احتوت على درس في التطور – تمامًا مثل التنقل في سيارة عبر شبكة من شوارع المدينة ، فهناك العديد من الطرق للوصول إلى نفس الوجهة التطورية.

يقول كونشا إن البحث ، الذي نُشر حديثًا في علم الأحياء الحالي ، يبحث في العديد من الأسئلة التطورية الواسعة ، من بينها ، “كيف يتحقق التطور المتقارب؟”

عندما تتطور الأنواع المختلفة بشكل مستقل عن السمات التي تشبه بعضها البعض عن قرب ، فهذا تطور متقارب – فهذا يعني أن نفس الحل التطوري عزز من فرص بقائهم على قيد الحياة. تقدم الفراشات دراسات حالة جيدة لهذه الظاهرة لأنها تحاكي الإعجاب. يمكن لبعض أنواع الفراشات إنتاج سموم تشبه السيانيد ، مما يجعلها فريسة غير سارة للغاية. “سيأكل الطير فراشة ويتعلم بعد تجربة واحدة أو اثنتين أو ثلاث تجارب ، ألا يأكلها بعد الآن” ، يوضح كونشا. الطائر يتذكر تلك الفراشة من أنماط جناحها ويتجنبها. أنواع أخرى ، سامة وغير ضارة على حد سواء ، التي تعيش في نفس المنطقة قد طورت أجنحة شبيهة للحماية.

يقول كونشا: “في الأساس ، كنا نسأل ما إذا كانت الفراشات تستخدم نفس الشبكات التنموية لتلوين أجنحةها ورسم خرائط لها في أنواع مختلفة”.

للتحقيق في هذا السؤال التطوري الكبير ، ركز الباحثون في STRI والمؤسسات الشريكة على شيء ضئيل: المقاييس على أجنحة الفراشة ، بحيث لا تستطيع العين المجردة تمييزها. تشكل المقاييس المتداخلة “مثل البلاط على السطح” ، كما يصفها كونشا ، الأنماط ذات اللون الأسود والألوان الزاهية التي تزين أجنحة الفراشة. في جنس الفراشة Heliconius ، المعروف بمظهر الجناح المتنوع ، تؤثر أربعة جينات بقوة على نمط الجناح ، بما في ذلك “الجين قبل الزخرفة” wntA.

تبدأ الأجنحة كأقراص الجناح في نهاية مرحلة كاتربيلر من التحول. تقوم جينات ما قبل الزخرفة مثل wntA بتنشيط جزيئات وجينات مختلفة والتواصل معها ، بشكل أو بآخر تحدد المخطط الرئيسي لنمط الجناح. في نهاية المطاف ، تحدد هذه الإشارات هوية وموضع كل مقياس للأجنحة ، والذي يتطور عديم اللون في الأقحوان في البداية قبل صناعة الأصباغ. (الأصفر والأبيض والأحمر هي أول الألوان التي تظهر ؛ تظهر الأصباغ السوداء والظلام لاحقًا.) في الدراسة الجديدة ، قام العلماء بإلغاء تنشيط الجين ذي النمط الأساسي للجناح المعروف باسم wntA. (STRI)

لفهم كيفية تشكيل wntA لنمط الجناح في ظل الظروف العادية ، كان على كونشا وفريقها إنشاء طفرات ، وإلغاء تنشيط الجين باستخدام CRISPR ، وهي أداة تحرير جينية تم تقديمها في عام 2012.

في مقابلة مع نائب ، لاحظ عالم الأحياء مايكل بيري من جامعة كاليفورنيا ، الذي درس الأساس الجيني للون جناح الفراشة ، الأسلوب المبتكر. “منذ ثمانية أو تسعة أعوام ، لم أكن لأؤمن بك مطلقًا إذا قلت أنه من الممكن إجراء طفرات مستهدفة في 12 نوعًا مختلفًا من الهليكونوس”. ولكن مع كريسبر ، قام باحثو STRI بتربية أكثر من 100 من الفراشات المعدلة من 12 نوعًا و 10 أنواع فرعية.

من خلال تعطيل جين wntA في الفراشات الطافرة ، أراد الباحثون أن يروا كيف تغير نمط الجناح. إذا كان هناك نوعان مختلفان لهما أجنحتها ذات صورة طبق الأصل في ظل ظروف طبيعية فقد تعرض كلاهما للجين ، فهل ستبدو الأنماط المتحورة متشابهة عبر الأنواع ، أم أن الطفرة الوراثية ستؤدي إلى نتائج نهائية مختلفة لأنواع منفصلة؟

كما اتضح ، استجابت الأنواع المتنوعة بشكل مختلف للجين المعطل. لاحظ العلماء ما يصفه كونشا بأنه “تحول حد” ، وغالبًا ما ينزف لونه إلى مناطق كانت سوداء في السابق. عادة ، يتقاسم كل من Heliconius hewitsoni و Heliconius pachinus ، اللتين تتداخل موائلهما في غرب كوستاريكا وبنما ، ثلاثة خطوط صفراء بيضاء ومشرقة حمراء. ولكن في المسوخ wntA ، كان H. hewitsoni ذا لون أبيض باهت ينتشر تقريبًا طوال عملية تطوره ووضع رقعة رمادية في الخلف. H. pachinus ، على النقيض من ذلك ، كان لا يزال لديه شريط أسود غامق من خلال الخياطة وليس رمادي. مقارنة بين الأنماط البرية (على اليسار) والأنماط المتغيرة وراثياً (اليمنى) لنوعين – H. hewitsoni ، أعلاه ، و pachinus أدناه ، التي تطورت أجنحة شبيهة بفضل التطور المتقارب. (STRI)

أخبر التناقض العلماء أن wntA قد تطورت لتعمل بشكل مختلف في هذه الأنواع ذات الصلة البعيدة. إذا كان التطور عبارة عن متاهة حيث يكون المخرج هو البقاء الأمثل ، فهو يشبه الأنواع التي تم اكتشاف مسارين منفصلين للالتواء خلال المتاهة الوراثية للوصول إلى نمط الألوان نفسه – وهي نتيجة يسميها كونشا “غير متوقع قليلاً”. وتقول: “غالبًا ما يتوقعون أن يتشاركوا في مسار مشترك” ، خاصة وأن هذه المسارات الوراثية الإبداعية قد ظهرت في فترة زمنية قصيرة نسبيًا ؛ تباعدت الأنواع بين 14 و 10 مليون سنة مضت.

قام الباحثون بعد ذلك بتكبير الصورة باستخدام مجهر يقوم بإنشاء لقطات مقربة أكبر من حجمها الفعلي بمقدار 15000 مرة ، لإلقاء نظرة على نسيج المقاييس الفردية. يقول كونشا: “تتميز المقاييس اللونية المختلفة بطوبوغرافيا فريدة من نوعها ، وقد تأكدت هذه النظرة عن كثب ،” إن الجين يتحكم في هوية هذا المقياس “.

في هذه الفراشات بالذات ، حدث التطور بسرعة أكبر وأقل توقعًا مما يتوقع العلماء. في ورقة علم الأحياء الحالية ، لاحظت كونشا ومؤلفوها المشاركون أن التطور معقد للغاية بالنسبة للتعميمات. وتقول ، مع ذلك ، إذا أخذ التطور طريقين مختلفين بشكل صارخ لنمذجة أجنحة فراشة شبه متطابقة ، “يمكن أن يحدث هذا أكثر مما نعتقد”.

driss 100
drissمدير322019-12-10114577
مزيد من المقالات