اعدادات الموقع

Treehoppers 'غريب ، خوذات عجيب استخدام الجينات الجناح لتنمو

متسوقي الأشجار قادرون على بعض الألعاب البهلوانية المذهلة. لكن أقارب الزيز هؤلاء أكثر إثارة للاهتمام للعلماء من أجل الهياكل الهائلة التي تنبت من ظهورهم. هذه النواتج ، التي تسمى الخوذات ، موجودة في جميع أنواع شجرة الأشجار البالغ عددها 3300 ، والتي تختلف بشكل كبير في المظهر. على الأرجح من أجل تجنب الافتراس ، يمكن أن تأخذ الخوذات شكل الشوك أو الأوراق أو البراز أو حتى الحشرات الأخرى ، مثل النمل أو الدبابير.

لقد حير علماء الأحياء التطورية منذ فترة طويلة حول هذه الخوذات ، التي لا تشبه أي شيء آخر في الطبيعة ، وكيف أصبحت متنوعة للغاية. في عام 2011 ، اقترح فريق من الباحثين بقيادة بنيامين برودوم نظرية اقترحت أن الهياكل المتزعزع هي في الواقع مجموعات من الأجنحة تم تعديلها بشكل كبير.

إذا كان هذا صحيحًا ، فستكون لهذا الادعاء آثار تطورية عميقة. هذا يعني أن أصحاب الأشجار نمت مجموعة ثالثة من الأجنحة على القفص الصدري ، أو الجزء الأوسط من الجسم ، مما يجعلهم على الأرجح أول حشرات تقوم بذلك منذ حوالي 250 مليون عام. أحد المتسوقين في جنس كلادونوتا مع خوذة رمادية مرقطة. ( أندرياس كاي عبر فليكر تحت CC BY-NC-SA 2.0 )

أرسل Prud’homme وأبحاث فريقه تموجات من خلال مجتمع صغير ولكن متعطش من علماء الحشرات ، بدأ بعضهم في التراجع. أصر المنشقون ، بما في ذلك كازونوري يوشيزاوا من جامعة هوكايدو ، على أن الخوذة لم تكن مجموعة من الأجنحة ، بل هي عبارة عن توطين مفصل – وهو جزء طبيعي من القفص الصدري يشبه صفيحة مسطحة في العديد من الحشرات الأخرى ، بما في ذلك أقرباء متسوقي الأشجار وأوراق الشجر. .

الآن ، قام ثلاثة من علماء الأحياء بجامعة كونيتيكت بقيادة Cera Fisher بتحليل البيانات الجينية التي يمكن أن تساعد في حل لغز الخوذة مرة واحدة وإلى الأبد. تشير دراستهم ، التي نُشرت اليوم في مجلة Nature Ecology & Evolution ، إلى أن خوذات treehopper هي في الواقع أجزاء من القفص الصدري وليس الأجنحة. ولكن هناك تطور: الهياكل الغريبة لا تزال تعتمد على جينات الجناح لتنمو.

يقول كاسي فاولر فين ، عالم الأحياء التطوري وخبير الأشجار في جامعة سانت لويس الذي لم يشارك في الدراسة: “خوذات Treehopper رائعة ، وتنوعها المورفولوجي مذهل” . بعد ما يقرب من عقد من الجدل ، تقول: “أعتقد أن لدينا في النهاية إجابة حقيقية هنا.” Cyphonia clavata ، أحد المتسوقين ذوي الخوذات يشبه النملة. ( أندرياس كاي عبر فليكر تحت CC BY-NC-SA 2.0 )

تدعم النتائج أيضًا مبدأ تطوريًا مهمًا: حتى أغرب البنى لا تستحضر ببساطة من لا شيء. مع تطور أجزاء الجسم الجديدة ، يمكنهم محاكاة أجزاء أخرى من التشريح ، وعمل نسخ من مواد مجربة وحقيقية قبل أن تتحول إلى أشكال جديدة وراثياً.

يقول فيشر: “لا تزال الخوذة عبارة عن صبغة”. “لكن باستخدام كل أدوات تطوير الجناح هذه ، أصبح لدى متسوقي الأشجار الآن هذا” المورفوسبيس “الجديد بالكامل الذي يمكنهم تطويره من الداخل. يجب ألا نقلل من قوة الخيار المشترك “.

في الحشرات ، يتكون القفص الصدري من ثلاثة أجزاء ، مع تطور الأجنحة بشكل موثوق في الجزءين الأخيرين. الجزء الأول ، الأقرب إلى الرأس ، لا يزال شاغرا بفضل الفرامل الجزيئية التي تغلق مجموعة الجينات التي عادة ما تؤدي إلى الأجنحة. خلص Prud’homme وزملاؤه في الأصل إلى أن القطعة الأولى الخالية من الأجنحة في treehopper تمكنت بطريقة ما من التغلب على هذه العقبة الوراثية.

لكن بعد بضعة أشهر فقط ، أشار يوشيزاوا إلى أن ورقة برودوم أساءت تفسير بعض جوانب تشريح الأشجار. ولكي تكون الخوذة جناحًا ، يجب أن يكون لها ملحق ينطلق من القفص الصدري – وليس جزءًا من الصدر نفسه. بدلاً من ذلك ، اقترح بديلاً: ولأخذ شكله غير المعتاد ، افترض ، ربما كان قِصَر شجرة الأشجار قد فتح مجموعة كاملة من الجينات التي عادة ما تكون مخصصة للأجنحة. بعد ثماني سنوات ، يشير عمل فيشر إلى أن فرضيته قد تكون صحيحة. Umbonia ataliba ، وهو treehopper مع خوذة مسنن مخطط أحمر. ( أندرياس كاي عبر فليكر تحت CC BY-NC-SA 2.0 )

عندما بدأ النقاش حول خوذات treehopper ، على الرغم من ذلك ، لم يعرف فيشر حتى وجود المخلوقات. “في المرة الأولى التي رأيت فيها صورة لأحد ، كان الحب من النظرة الأولى” ، كما تقول. “فكرت ،” يا إلهي ، كيف تطور شيء من هذا القبيل؟ ”

بعد البحث عن الأدب العلمي ، أدركت فيشر ، طالبة دراسات عليا في ذلك الوقت ، أن سؤالها ظل بلا إجابة. لذلك قررت أن تتعامل معها بنفسها ، باستخدام أحدث تكنولوجيا التسلسل الجيني للتخلص من أصول الخوذ التنموية.

بمساعدة من علماء البيولوجيا التطورية جيل Wegrzyn و اليزابيث Jockusch ، جمعت فيشر treehoppers الأحداث وقافزات الأوراق، وكلها في خضم تزايد pronota الكبار، والمادة الوراثية مقارنة من مجموعة متنوعة من أجزاء الجسم المختلفة، بما في ذلك الأجنحة والصدر (خوذة وجميع ، في حالة treehopper ل).

ووجدوا أنه على العموم ، استخدم صغار الأشجار والورّاق الصغار الجينات نفسها في أجزاء الجسم نفسها ، مع استثناء واحد: الشجرة. في قواطع الأوراق ، انقلبت الخلايا الجينية على جيناتها وخارجها مثل الخلايا في بقية الصدر. من ناحية أخرى ، تبدو الخلايا الموجودة في خوذات الشجرة الخارجية غريبة تمامًا ، كما لو كانت قد تم “استبدالها” من قبل منطقة غير مرتبطة بالجسم. Heteronotus vespiformis ، وهو صاحب شجرة مع خوذة تحاكي الزنبور. ( أندرياس كاي عبر فليكر تحت CC BY-NC-SA 2.0 )

اكتشفوا أن الخوذة النامية ، تحمل أوجه تشابه وراثية أكثر لجناح نامي من شريحة نامية من الصدر. يقول جوكوش: “لقد كان دقيقًا للغاية”. “مئات الجينات كانت تنطلق من نمط التعبير الشبيه بالجناح. [المصطلح] تم الاستيلاء عليه للتو. ”

يقول فيشر إن مثل هذه إعادة البرمجة الشاملة يمكن أن تساعد في تفسير كيف يمكن أن تتطور قطعة من الصدر مملة عادة ثنائية الأبعاد بشكل متقن مثل الجناح دون أن تصبح جناحًا على الإطلاق.

يشيد برودوم ، الذي يدير الآن مختبره الخاص بجامعة مرسيليا ، بالبحث الجديد ، واصفًا إياه بأنه امتداد للعمل الذي قام به هو وزملاؤه منذ سنوات. على الرغم من أن الخوذة قد لا تكون جناحًا حقيقيًا ، إلا أن “هذا يبني الحالة التي مفادها أن [الجزءين من الجسم] يرتبطان وراثياً وتنمويًا” ، كما يقول. أحد الأشجار في جنس Cymbomorpha مع خوذة تشبه ورقة. ( أندرياس كاي عبر فليكر تحت CC BY-NC-SA 2.0 )

حالة خوذة treehopper ليست مغلقة بالكامل ، على الرغم من. كيف يتم تشغيل جينات الأجنحة في الخلايا الشاذة ، وماذا – إذا كان هناك أي شيء – تتعلق بالتنوع الهائل في شكل وحجم الهيكل يبقى دون حل. الباحثون ليسوا متأكدين تمامًا من الغرض الذي تخدمه الخوذات ، على الرغم من أن العديد منهم يشكون في أن الحشرات تحاكي محيطهم إما للاندماج أو تحذير المفترسين من الابتعاد (كما قد تفعل خوذة تبحث عن الدبابير).

يشتبه Jockusch في أن لل prototum ترف غير عادي لتنويع لأن وظيفتها في غاية البساطة. وتوضح أن كل ما تحتاجه هو أن تكون قريبة من الجسم ومنفصلة من الداخل عن الخارج. طالما أن ذلك تم إنجازه ، فالتقنية حرة في فعل أي شيء آخر. ليس لدى متسوقي الشجرة أي خطة أو غرض – فقط الكثير من الحرية التشريحية. من هناك ، التطور ببساطة أجنحة.

driss 100
drissمدير322019-12-10113965
مزيد من المقالات