تطور سمك ابو شوكة والمسار الذي تكشفه جيناتها . استخدم السمك الإختلاف الجيني الموجود مسبقا للتعمير و الإستيطان في المياه العذبة عدة مرات. نجح العلماء بتحديد الطفرات التي قد تساعد أسماك بالغة الصغر  تعرف بذوات الصفائح أو لوحيات الأدمة  في التطور بشكل سريع بين أشكال المياه المالحة و المياه العذبة.

بدأت اسماك ابو شوكة مرارا و تكرارا بإستيطان الأنهار و البحيرات في أجزاء واسعة من العالم منذ أن إنقضى عهد العصر الجليدي قبل عشرة الالاف سنة.  وشهدت اسماك ابو شوكة تطور سريع جدا خصوصا الأجيال العشر الاخيرة منها،  حيث إستطاعت سمكة ابو شوكة البحرية مبادلة صفائحها المدرعة وأعمدتها الفقرية التي تستعملها كسلاح للدفاع عن نفسها للحصول على شكل أخف و أكثر سلاسة في المياه العذبة.

حدد ديفيد كينغسلي وهو عالم أحياء مختص بالتطور في جامعة ستانفورد في  كاليفورنيا، مع مجموعة من زملائه الإختلافات الموجودة في الحمض النووي التي تميز المحيطات والمياه العذبة التي تعيش فيها سمكة ابو شوكة في جميع أنحاء العالم. على الرغم من أن ذلك التحول  حدث في أوقات مختلفة ومتباعدة الا انه أنطوى على نفس التغيرات الجينية  في كل مرة .

و لأجل إقتفاء أثر اختلافات الحمض النووي الرئيسية وضع  العلماء  تسلسل الشفرات الوراثية  الكاملة  لأحدى وعشرون سمكة ابو شوكة مصدرها المحيطات والمياه العذبة عبر ثلاث  قارات وقد نشرت النتيجة في مجلة (Nature today) العلمية.

وجد الباحثون في أكثر من جينوم  بأن سمكة أبو شوكة التي تعيش في المياه العذبة هي الأكثر تشابها و تطابقا لجيرانها القريبات اللاتي يعشن في المحيطات، ولكن وفقا  لحوالي (150) تسلسل للحمض النووي  كانت كل  الأسماك التي تعيش في المياه العذبة والمالحة تشبه نظيراتها في نفس البيئة وهذه التسلسلات تتضمن جينات  تؤثر في نمو الصفائح عند بعض الأسماك و معالجة الملح في الكلى.

يقول غريغ وراي عالم الوراثة والمختص بالتطور في جامعة ديوك في منطقة دورهام  شمال كاليفورنيا : ” إنها مجموعة من التكيفات التي تؤثر في جوانب كثيرة من الكائنات الحية  والتي تشمل  شكل السمكة وسلوكها والنظام الغذائي  وخيارات التزاوج” .

ويقول ديفيد كينغسلي عالم الآحياء  والمختص أيضا بالتطور: ”  تقترح أوجه التشابه  بين التجمعات السكانية في المياه العذبة في جميع أنحاء العالم بأن الأسماك لا تتطور فيها المميزات الجديدة من الصفر في كل مرة” . بدلا من ذلك يوجد  عدد قليل من الأسماك التي تعيش في المحيطات وتستطيع الإحتفاظ بالتكيفات الجينية القديمة للعيش في المياه العذبة التي تسمح لها بإستيطان مواقع جديدة. عرضت الأجيال القديمة ملامح مختلطة أو وسيطة  ولكن في النهاية نجد أن هناك جينات  تسمح للأسماك بالتكيف مع المياه العذبة التي تهيمن عليها .

ضوابط التحول

يقول ديفيد كينغسلي: ” وفقا لخارطة الجينوم، وجدنا  مجموعة  كبيرة من الجينوم التي تستخدم  مرارا و تكرارا لأجل التكيف مع البيئات الجديدة ” ، ويضيف: ” نحن قادرون على دراسة القواعد الجزيئية لعملية تطور الفقريات”.

التكيفات التي طرأت على سمكة أبو شوكة التي تعيش في المياه العذبة كان قد سبق تعيينها في مناطق واسعة من خارطة الجينوم وتسمى (genome 2)،  ولكن الطفرات الجينية التي لها علاقه بالتكيف مع البيئة تم التعرف عليها في عدد قليل من الجينات .

و قد تناقش عدد كبير من الباحثين عن أنواع الطفرات التي قد تمكن الأنواع على التكيف في البيئات الجديدة،  بينما دافع بعض الباحثون عن أهمية التغيرات التنظيمية والطفرات التي تؤثر على الجينات الموجودة  المذكورة في كل مكان  و زمان  و أكد باحثون آخرون على دور تشفير التغيرات  و الطفرات التي تغير البروتينات المنتجة من الجينات .

وجد فريق  كينغسلي بأن حوالي 80 % من التكيفات التي حدثت في المياه العذبة ربما كانت متواجدة في الحمض النووي التنظيمي مع  20 % ا لمتبقية التي تؤثر في تشفير الحمض النووي .

يشرح العالم غري وراي بأن التغيرات التنظيمية يمكن أن تعجل تكيف سمكة أبو شوكة بواسطة التحكم في التعبير الجيني في أنسجة متعددة مع كل طفرة و قد أظهرت دراسة متخصصة في هذا المجال بأن عملية تطور سمكة أبو شوكة  قد تتسارع  مع إستخدام التنوع الجيني الموجود مسبقا بدلاً من إنتظار أن تنشأ طفرات عشوائية جديدة .

تقول هوبي هوكسترا عالمة  الأحياء في جامعة هارفارد  في كمبريدج، ماساتشوستس: ” أعتقد أن البحث حقا جيد  و أنا على يقين من البيانات ” ومع ذلك تضيف قائلة: ” يمكن أن تكون المعلومات مختلفة جدا من ناحية  تجزئة الطفرات التشفيرية أو التنظيمية – في كائن حي يحتوي على أبسط نوع من الجينوم أو تكون مكيفة بشكل أبطئ “.

يمكن تطبيق نفس الأسلوب في الكائنات الحية الأخرى التي تطورت عدة مرات لتغييرات بيئية مماثلة،  يقول  غريغ وراي: “قد طورت الفئران على سبيل المثال ألوان فرائها وجلدها وفقا للصحاري والغابات والمراعي في جميع أنحاء العالم ” ويضيف : “أنا أخمن بأننا سوف نرى سلسلة كاملة من البحوث بشأن هذا الأمر” .      

http://www.nature.com/news/stickleback-genomes-reveal-path-of-evolution-1.10392