2- آليات التطور : كيف يحدث التطورمقدمةالتطور هو عملية انحدار الكائنات الحديثة من أسلافها القديمة. و التطور مسؤول عن التشابهات المذهلة التي نراها في الحياة على الأرض , و مسؤول أيضا عن التنوع الهائل في أنواع الأحياء على سطح الأرض . و لكن كيف يحدث التطور؟
من الأساسي في عملية التطور وجود التنوع الجيني أو التباين الوراثي (genetic variation) الذي تستطيع أن تؤثر عليه قوى الإنتخاب الطبيعي . في هذا القسم من الموضوع سنبحث في آلية التطور و سنركز على :
- الأسلاف , و الإختلافات الجينية الموروثة التي تستطيع الإنتقال للأجيال التالية
- الطفرة و ظاهرة الهجرة (migration) و الإنجراف الوراثي (genetic drift) , أيضا الإنتخاب الطبيعي كآلية
- أهمية التباين الوراثي
- الطبيعة العشوائية للإنجراف الوراثي و آثار نقصان التباين الوراثي
- كيف يؤدي التنوع (variation) و التكاثر المتباين (differential reproduction) و الوراثة (heredity) للتطور من خلال الإنتخاب الطبيعي
- كيف تؤثر الأنواع على تطور بعضها من خلال التطور المترافق (co-evolution)
و سيلي شرح مفصل عن كل ما سبق
-----------------------------------------------------------------
التوريث مع التعديلقبل أن تبدأ هناك تعاريف مهمة يجب عليك فهمها
الأليل : هو أشكال مختلفة لترتيب النيوكلودتيدات على شريط الDNA لمورثة معينة (أي أشكال مختلفة لمورثة معينة) . فكل مورثة لها أليل أو أكثر . و أحيانا تغير الأليلات قد يؤدي لتغير بعض الصفات كاللون , و أحيانا أخرى فإن تغير الأليل لا يؤثر على الصفات التي تعبر عنها المورثة.
المجموعة السكان : هو مجموعة من الكائنات الحية من نوع واحد تعيش مع بعضها البعض و تتكاثر مع بعضها البعض)
التردد الجيني- gene frequency : ببساطة يعني نسبة الأليلات عند السكان . مثلا نباتات البازلاء تحتوي بعضها أليل ينتج عنه بازلاء صفراء , و بعضها تحوي أليل ينتج عنه بازلاء خضراء. إذا ففي مجموعة من نباتات البازلاء ستوجد
نسبة من النباتات التي تحمل أليل ينتج عنه بازلاء صفراء. و تتراوح هذه النسبة بين 0% و 100% . و هذا هو تردد البازلاء الوراثي بالنسبة لأليل البازلاء الصفراء.
التغير في التردد الوراثي : ذكرت في التعريف السابق مثال البازلاء و تردد أليل البازلاء الصفراء, المقصود هنا بتغير التردد الوراثي هو أن تكون نسبة أليلات البازلاء الصفراء 30% على سبيل المثال عند الجيل الأول , و عند التكاثر و نشوء الجيل الثاني تصبح النسبة مثلا 50% .. أي حصل تغير في نسبة أليلات البازلاء الصفراء , أي حصل تغير في التردد الوراثي
*** ملاحظة : التعاريف السابقة قد تكون معقدة بعض الشيء بالنسبة لك إذا كنت تقرأ هذه المصطلحات لأول مرة , أنصحك بقراءتها مجددا إلى أن تفهمها لتتمكن من فهم بقية الموضوعالتطور كما ذكرنا هو التوريث المرافق بتعديل من سلف مشترك , و لكن تحديدا , ما هو الذي يطرأ عليه التعديل؟
يحصل التطور فقط عندما يحصل تغير في التردد الجيني عند مجموعة سكانية خلال الزمن , فالإختلافات الجينية قابلة للتوريث و الإنتقال للأجيال التالية . و هذا ما يهم حقا في التطور : التغيرات الحاصلة خلال فترة زمنية طويلة .
حاول أن تقارن بين المثالين التاليين عن مجموعتي سكان من الخنافس, و حاول أن تكتشف أي واحد من من المثالين يُعَد تطوراً .
1-
خنافس تتعرض لنقص في التغذيةخلال سنة واحدة أو أكثر حصل جفاف مما أدى إلى انخفاض عدد النباتات التي تتغذى عليها هذه الخنافس
كل هذه الخنافس تمتلك نفس الفرصة في النجاة و التكاثر , و لكن بسبب نقص التغذية أصبح حجم الخنافس في الجيل التالي أقل من وزن الخنافس في الجيل الذي سبقه .
2-
خنافس بألوان مختلفةأغلب الخنافس في مجموعة السكان هذه (فلنقل 90%) تمتلك مورثات للون أخضر ساطع , و نسبة قليلة (10%) تمتلك مورثات تجعلها بلون يميل للبني
بعد عدة أجيال, يتغير الوضع , عدد الخنافس البنية أكبر من السابق و يشكل حوالي (70%) من مجموعة السكان
أي المثالين يوضح حصول توريث مع ظهور تعديلات؟ تغير في التردد الجيني مع مرور الزمن؟
التغير في وزن السكان في المثال الأول حدث بسبب تغيرات في المؤثرات البيئة - قلة التغذية - و ليس بسبب التغير في التردد الجيني . و لذلك فالمثال الأول لا يُعد تطورا. لأن نقصان وزن الخنافس لم يحصل بسبب تأثير وراثي , فهذا الجيل من الخنافس صغير الحجم سيلد جيل من الخنافس الذي سينمو للحجم الطبيعي إن توفرت تغذية مناسبة .
أما التغير في اللون في المثال الثاني هو تطور بالتأكيد . الجيلين في مجموعة السكان هذه مختلفان وراثياً . و لكن كيف حصل هذا؟
-----------------------------------------------------------------
آلية التغيُّركل نقطة من هذه النقاط الأربعة تُعتبر آلية أساسية في التغير التطوري.
1-
الطفرةالطفرة قد تسبب أن ينجب أبوان يحملان مورثة اللون الأخضر نسلا يحمل مورثة اللون البني , و هذا قد يجعل مورثة اللون البني منتشرة بشكل أكبر في مجموعة الخنافس الخضر.
2-
الهجرةبعض الأفراد من مجموعة الخنافس البنية قد ينضمون لمجموعة الخنافس الخضر , و هذا قد يجعل مورثة اللون البني منتشرة بشكل أكبر في مجموعة الخنافس الخضر.
3-
الإنجراف الوراثيتخيل أنه في جيل من الأجيال , قامت خنفساءتان بنيتان بإنجاب أربعة خنافس بنية صغيرة , و نجت هذه الخنافس الأربعة و أصبحت قابلة للتزاوج .و في نفس الوقت عدة خنافس خضراء تم دعسها و لم تقم بإنجاب نسل خاص بها , فسيكون الجيل التالي حاويا على عدد أكبر من الخنافس البنية مقارنة بالجيل الأول - و لكن حصول هذا كله كان صدفة . هذه التغيرات المعتمدة على الصدف من جيل إلى آخر تُعرف بالإنجراف الوراثي .
4-
الإنتخاب الطبيعيتخيل أن الطيور تستطيع أن ترصد (و بالتالي تأكل) الخنافس الخضر بسهولة أكبر من رصدها للخنافس البنية , فستكون للخنافس البنية فرصة أكبر للنجاة و إنجاب نسل خاص بها , و ستنقل صفة اللون البني إلى نسلها , إذا , في الجيل التالي سيصبح عدد الخنافس البنية أكبر مما كان في الجيل الأول
كل من هذه الآليات قد تسبب تغيرا في التردد الجيني عند المجموعة السكانية , إذا كل من هذه الآليات هي آليات للتغير التطوري . على أي حال , الإنجراف الوراثي و الإنتخاب الطبيعي لا يمكن أن يحصلا إن لم يكن هناك تنوع جيني (و هو أن يكون بعض الأفراد مختلفين وراثيا عن غيرهم) . فإذا كانت مجموعة الخنافس كلها خضراء بنسبة 100% فلم يكن ليصبح للإنتخاب الطبيعي أو الإنجراف الوراثي أي دور لأنهما لا يؤثران في التركيب الجيني للخنافس.
إذا , ما هو مصدر التنوع الجيني؟
-----------------------------------------------------------------
التنوع الجيني (التباين الوراثي) بدون التنوع الجيني , بعض آليات التطور الأساسية تكون غير فعالة .
هناك ثلاث مصادر رئيسية للتنوع الجيني , و التي سنتناولها بالتفصيل لاحقا .
1- الطفرات : هي تغيرات في الحامض النووي DNA , فتغيير بسيط واحد قد يكون له تأثير ضخم . و لكن في أغلب الحالات يكون التطور ناتجا عن تراكم عدة طفرات .
2- التدفق الجيني : هو أي انتقال للجينات من مجموعة سكانية لأخرى , و هو مصدر مهم للتنوع الجيني.
3- الجنس : إن ممارسة الجنس قد تؤدي لظهور تراكيب وراثية جديدة في المجموعة السكانية , هذا الخلط الوراثي هو مصدر مهم أيضا للتنوع الجيني (لاحظ الصورة)
-----------------------------------------------------------------
الطفرات -1-الطفرة هي تغير في الحامض النووي DNA (الDNA هو المادة الناقلة للصفات الوراثية عبر الأجيال) . إن DNA كائن حي يؤثر على مظهره و تصرفاته و تركيبه الفيزيائي (يؤثر على جميع نواحي حياة الكائن الحي) . إذا فالتغير في DNA كائن حي سيؤدي إلى تغير في جميع نواحي حياته.
الطفرات عشوائيةالطفرة قد تكون مفيدة أو غير مؤثرة أو ضارة بالنسبة للكائن الحي , و لكن الطفرات لا "تحاول" أن تلبي "حاجات" الكائن الحي . أي أن الطفرات عشوائية و غير متوقعة . و المقصود بكلمة عشوائية أي أننا لا نستطيع أن نتنبأ بها على أساس أنها تظهر لتُتَمّم حاجات الكائن . بكل الأحوال , هذا لا يعني أن كل الطفرات لها نفس الإحتمالية في الظهور , أو أن الطفرات تظهر بدون أسباب فيزيائية , بالفعل توجد مناطق على الجينوم من المحتمل أنها تحمل طفرات أكثر من بقية المناطق, و هناك أسباب فيزيائية (كالإشعاع) معروفة بأنها تسبب أنواع محددة من الطفرات.
ليست كل الطفرات مهمة تطوريابما أن جميع خلايا جسمنا تحوي على DNA , فإن المناطق التي يمكن أن تظهر في الطفرة كثيرة . فالطفرات الجسدية (التي لا تؤثر على الأمشاج\الخلايا الجنسية) لن تنتقل إلى النسل.
مثال على الطفرة الجسدية : اللون الذهبي الظاهر في نصف هذه التفاحة ناتج عن طفرة جسدية , بذور هذه التفاحة لا تحمل الطفرة.
-----------------------------------------------------------------
إضافة جانبية التالي المكتوب بالأزرق إضافة جانبية (موجودة في المصدر) يمكنكم الإطلاع عليها أو تركها و الإنتقال إلى
الطفرات -2-الطفرات عشوائية
يُعتقد أن العوامل البيئية تؤثر على معدل حدوث الطفرات , و لكن لا تحدد إتجاه الطفرة .
على سبيل المثال : تعرُّض الأحياء لمواد كيميائية مضرة قد يزيد من معدل تولد الطفرات عندها , و لكن التعرض لهذه المواد الكيميائية لن يسبب طفرات تجعل لهذه الأحياء مناعة أكبر ضد الكيمياويات . فالطفرات إذاً عشوائية , سواء حدثت الطفرة أم لا فهذا غير مرتبط بمدى أهمية الطفرة للكائن في محيطه .
في الولايات المتحدة الأمريكية , عندما يستخدم بعض الناس شامبو (سائل لغسل الرأس) يحوي على كيمياويات قاتلة للقمل , سيظهر عدد من القملات التي تملك مناعة ضد الكيمياويات في هذه الشامبوات . هناك تفسيرين لهذه الظاهرة :
الفرضية الأولى
القملات المقاومة للكيمياويات كانت موجودة أصلا, و قد أصبح عددها أكبر لأن جميع القملات التي لا تستطيع المقاومة ماتت.
الفرضية الثانية
التعرض للكيمياويات في الشامبو قد سبب فعلا حدوث طفرة جعلت القملات قابلة لمقاومة هذه الكيمياويات.
العلماء يعتقدون أن الفرضية الأولى هي الصحيحة و أن فرضية الطفرات المنقادة (و هي فرضية تنص على أن الطفرات المفيدة في ظروف معينة تحصل عندمل يتعرض الكائن فعلا لهذه الظروف , بكلمات أخرى , الكائن يطور نفسه حسب إحتياجاته. هناك أدلة قليلة جدا تدعم هذه الفرضية) خاطئة
الباجثين قاموا بإجراء عدة تجارب في هذا المجال , لكن نتائج هذه التجارب قابلة للتفسير بعدة طرق , و لم تظهر أي نتيجة حتى الآن تؤكد أن فرضية التطور المنقاد صحيحة . على أي حال , العلماء لا يزالون يقومون بتجارب لتفسير هذا المجال.
بالإضافة إلى ذلك , فنتائج التجارب أكدت أن الطفرات بالفعل عشوائية , و لم تظهر لأن الكائن تعرض لظروف جعلت الطفرات مفيدة له .
مثال على ذلك : إذا عرضت بكتريا لمضاد حيوي فسوف تلاحظ مقاومة متزايدة للبكتريا ضد المضاد الحيوي, في عام 1952 أثبت استير و جوشوا ليديربرج (Esther and Joshua Lederberg) أن هذه الطفرات التي جعلت البكتريا مقاومة للمضاد الحيوي كانت موجودة أصلا في البكتريا قبل أن تُعرَّض للمضاد الحيوي. و أن التعرض للمضاد الحيوي لم يسبب ظهور البكتريا الطافرة .
----------------------------
تجربة ليديربيرج
في عام 1952 قام جوشوا و استير ليديربيرج بتجربة وضحا فيها أن الطفرات عشوائية و ليست منقادة.
كل ما تحتاج لمعرفته قبل دراستك للتجربة هو أن البكتريا تنمو في مستعمرات منعزلة على اللوحات المخبرية , و أنك تستطيع تكثير مستعمرات جديدة و ذلك ب"ختم" قطعة ثياب على اللوح الأصلي الحاوي على المستعمرة الأصلية , و من ثم ختم قطعة الثياب هذه على ألواح جديدة فارغة . بهذا سوف تحمل بكتريا من المستعمرة الأصلية و توزعها على لوح جديد فارغ بواسطة قطعة الثياب لتتكاثر.
الهدف من التجربة هو إثبات أن سلالات البكتريا المقاومة للمضادات الحيوية و التي تنجو من تعريضها للمضادات الحيوية قد امتلكت المناعة أصلا قبل تعريضها للمضادات الحيوية , و لم تمتلك المناعة نتيجة تعريضها للمضادات الحيوية.
خطوات التجربة
1- البكتريا تنتشر على اللوح مخبري, يُدعى اللوح الأصلي
2- نعطي للبكتريا الفرصة للنمو لمستعمرات مختلفة
3- عندما تصل المستعمرات لشكل معين , نختم اللوح المخبري بقطعة ثياب و من ثم نختم قطعة الثياب على لوح مخبري جديد يحوي على مضاد حيوي هو البنسلين (الصورة تبين اللوح الجديد)
4- المستعمرتين X و Y تنجوان في اللوح المخبري الجديد , إذا فهما تمتلكان بالتأكيد طفرة مناعة ضد البنسلين
5- عندما نغسل اللوح الأصلي بالبنسلين , فإن المستعمرتين X و Y تنجوان أيضا , على الرغم من عدم تعرضهما مسبقا للبنسلين .
قد تقول (ربما حصلت الطفرة على اللوح الأصلي أيضا) , هذا غير صحيح , لأن احتمال أن تطفر المستعمرتين X و Y فقط دون بقية المستعمرات عند تكرار التجربة على اللوح الأصلي ضئيل جدا , و عند تكرار التجربة على ألواح جديدة أخرى تنجو فقط المستعمرتين X و Y . هذا يعني أن المستعمرتين طافرتين أصلا قبل تعريضهما للبنسلين.
و بهذا يكون جوشوا و أستر قد أجابا عن السؤال (هل أصيبت البكتريا بطفرة نتيجة تعريضها للبنسلين؟) بالجواب : لا.
إذا البكتريا ذات المناعة ضد البنسلين كانت موجودة أصلا في المجموعة السكانية قبل تعريض المستعمرات للبنسلين , هي لم تطور مناعة نتيجة تعرضها للبنسلين.
-----------------------------------------------------------------
الطفرات -2-الطفرات المهمة في التطور على نطاق واسع هي تلك الطفرات التي تنتقل للنسل . هذه الطفرات تظهر في الخلايا الجنسية كالحيوانات المنوية و البيوض و تعرف بالطفرات الجرثومية.
إن طفرة جرثومية واحدة سيتراوح تأثيرها بين :
1-
عدم ظهور تغيُّر في النمط الظاهري للكائنبعض الطفرات لا يكون لها أثر ملحوظ في نمط الكائن الظاهري . و هذا يحدث لعدة أسباب : قد تكون الطفرة ظهرت في جزء غير فعال من DNA . أو ربما تظهر الطفرة في موضع خاص بتشفير البروتين , و لكن ينتهي بها الأمر بدون أن تؤثر على ترتيب الأحماض الأمينية الخاصة بالبروتين . أي تكون بدون تأثير.
2-
ظهور تأثير طفيف في نمط الكائن الظاهريإن طفرة جرثومية واحدة سببت التفاف إذن هذا القطة للخلف بشكل طفيف
3-
ظهور تغير كبير في النمط الظاهريو ينتج عن هذا النوع تغير مهم في نمط الكائن الظاهري , مثلا مقاومة مبيدات DDT في الحشرات أحيانا يكون سببها طفرة جرثومية واحدة . و لكن الطفرات الجرثومية قد يكون لها تأثير سلبي على الكائن الحي . أما الطفرات التي تسبب موت الكائن فتدعى الطفرات القاتلة (lethals) .
هناك عدة تغيرات التي لا تستطيع طفرة واحدة (أو حتى عدة طفرات) أن تسببها . فالطفرات لن تجعل للخنازير أجنحة . فقط حضارتنا البشرية استطاعت أن تحول السلاحف بواسطة طفرات إلى سلاحف النينجا . الطفرات لا تستطيع فعل هذا .
-----------------------------------------------------------------
أسباب الطفراتالطفرات تحدث لأسباب مختلفة.
1-
فشل الحامض النووي DNA عن نسخ نفسه بدقة.معظم الطفرات التي نعتقد بأنها ذات أهمية تطوريا تحدث "لأسباب طبيعية" . على سبيل المثال : عندما تنقسم خلية , فإنها تصنع نسخة من حامضها النووي DNA , و أحيانا يكون هذا النسخ غير متكاملا , التغير (مهما كان صغير) في ترتيب نيوكلوتيدات الحامض النووي DNA يُعتبر طفرة .
لاحظ أن النسخ في الشريط السفلي خاطئ .
2-
المؤثرات الخارجية قد تؤدي إلى طفراتالطفرات قد تحدُث نتيجة التعرُّض لكيمياويات معينة أو للإشعاع . هذه العوامل قد تسبب تهديم الحامض النووي DNA , و عندما تقوم الخلية بإصلاح ال DNA , قد يكون العمل الناتج غير متكامل , و ينتهي الأمر بالخلية ب DNA يختلف عن الأصلي , أي بالتالي , طفرة .
-----------------------------------------------------------------
إضافة جانبيةهذه الإضافة - كسابقتها - يمكنكم الإطلاع عليها أو تجاوزها إلى
التدفق الجيني
دراسة للحامض الريبي النووي منقوص الأوكسجين DNA
ال DNA الخاص بك يمتلك معلومات كافية لبناء الإنسان , هذه المعلومات محفورة داخل تركيبة جزيئة ال DNA من خلال شفرة جينية . و تركيبه كالتالي :
ال DNA متكون من عناصر صغيرة مرتبطة ببعضها تُدعى النيوكلوتيدات , و كل نيوكلوتيد يحتوي على قاعدة نتروجينية واحدة , جزيئة فسفور , و سكر الريبوز منقوص الأوكسجين . و هناك أربعة أنواع من القوعد النتروجينية في الحامض النووي DNA و هي : الأدنين A , التايمين T , الكوانين G , السايتوسين C . أي بالتالي هناك أربعة أنواع من النيوكلوتيدات تشكل الحامض النووي DNA .
و إن ترتيب النيوكلوتيدات في ال DNA هو الذي يُشفر المعلومات . هناك أجزاء من ال DNA الخاص بك تعتبر مراكز مسؤولة عن تفعيل إو إيقاف عمل المورثات , و هناك أجزاء غير فعالة , و هناك أجزاء تقوم بأعمال لا نعرفها بعد , و أجزاء أخرى تحمل المعلومات اللازمة لبناء البروتينات (البروتينات هي سلاسل طويلة من الأحماض الأمينية) . و هذه البروتينات هي المسؤولة عن بناء الكائن الحي.
إن جزء ال DNA المسؤول عن تشفير البروتينات يمكن تقسيمه إلى "كودونات" (الكودون هو عبارة عن ثلاثة نيوكلوتيدات متتالية على شريط ال DNA ) و كل كودون عندما يمر بعمليات نسخ من قبل شريط RNA يصبح ممثلا لحامض أميني (الحامض الأميني كما أسلفنا هو وحدة بناء البروتين) . الكودونات تتحدد من خلال النيوكلوتيدات التي تصطف لتكوينها , مثلا الرسم التالي يوضح كودون مؤلف من الكوانين و السايتوسين و الأدنين
عملية بناء البروتين عملية معقدة بالنسبة لهذا الشرح المٌبسط , و هي غير مهمة في هذا الموضوع , و كل ما يجب عليك معرفته هو أن : البروتين مؤلف من حوامض أمينية , الحوامض الأمينية تمثلها الكودونات.
----------------------------
أنواع الطفرات
التعرف على أنواع الطفرات سيساعدك على فهم لماذا بعض الطفرات لماذا لبعض الطفرات أثر هائل و لماذا لا يملك بعضها أي تأثير على الإطلاق.
1- طفرات الإستبدال : و يقصد بها تبديل نيوكلوتيد بدل نيوكلوتيد آخر , مثلا تبديل نيوكلوتيد حاوي على الأدنين بنيوكلوتيد آخر حاوي على الكوانين
و قد يؤدي إلى
- تغيير تركيب كودون , و بالتالي يغير نوع إحدى الحوامض الأمينية الداخلة في بناء بروتين معين مما ينتج عنه بروتين مختلف قليلا عن الأصل. على سبيل المثال : فقر الدم المنجلي ناتج عن طفرة استبدال في مورثة الهيموكلوبين\خضاب الدم - بيتا (beta-hemoglobin) , ينتج عنه بناء حامض أميني خاطئ في البروتين.
- تغيير الكودون إلى كودون جديد يشفر نفس الحامض الأميني , و هذا لا يغير من تركيب البروتين المبني . هذا النوع من الطفرات يُعرف بالطفرة الصامتة.
- قد يغير تركيب البروتين المسؤول عن تشفير الحامض الأميني الموجود في نهاية البروتين , و هذا ينتج عنه بروتين ناقص , و هذا ينتج عنه الكثير من المظاهر لأن البروتين الناقص غالبا لا يعمل.
2- طفرات الإدخال\الإضافة : و هي طفرات يتم فيها إدخال نيوكلوتيدات جديدة في شريط ال DNA
3- طفرات الحذف : و هي طفرات ناتجة عن حذف جزء من ال DNA
4- الطفرات الجارّة : بما أن قسم ال DNA المسؤول عن تشفير البروتينات مقسم إلى كودونات , فإن طفرات الحذف و الإدخال قد تغير المورثات بحيث تصبح غير قادرة على إرسال المعلومات بشكل صحيح , تخيل معي أن لدينا جملة the fat cat sat (جلس القط السمين ) . فلو حذفنا أول حرف من الجملة و وزنا الجملة بنفس الوزن فلن تصبح منطقية (hef atc ats at) (لسا لقطا لسمين)
في الطفرات الجارّة يحدث خطأ على مستوى ال DNA بأكمله , مما يجعل من الكودونات مرتبة بشكل غير صحيح , و هذا يولد بروتينات غير مفيدة مثل جملة (hef atc ats at) (لسا لقطا لسمين)
هناك أنواع أخرى من الطفرات , لكن هذا النوع سيعطيك فكرة عامة عن الطفرة.
-----------------------------------------------------------------
الهجرة التدفق الجيني (تدفق الموروثات)و هو انتقال الموروثات من مجموعة سكانية إلى أخرى , و التدفق الجيني يتضمن عدد كبير من الأحداث المختلفة . ربما يمكن تشبيهه بانتقال حبوب الطلع التي ينفخها الهواء لمسافات بعيدة , أو انتقال جماعات بشرية لمدن أو دول جديدة , فإذا انتقلت مع حبوب الطلع أو البشر مورثات جديدة لم تكن موجودة في المكان الذي كانوا فيه , فهذا سيُعد تدفقا جينيا. و هو ذو أهمية كبيرة جدا في التنوع الجيني . في الرسم التالي, مورثة اللون البني تنتقل من مجموعة سكانية إلى أخرى .
تفاصيل أكثر عن التدفق الجينيحجم التدفق الجيني الذي ينتقل بين الجماعات السكانية يختلف كثيرا باختلاف نوع الكائن الحي .
و كما قد تتوقع , الجماعات السكانية التي كائناتها مستقرة غير مهاجرة هي أكثر عزلة من تلك الجماعات التي سكانها تهاجر و تنتقل على الدوام .
من الأمثلة على التدفق الجيني الضعيف : الذرة , فهي تتلقح بانتقال حبوب الطلع عبر الهواء, و لكن حبوب طلعها لا تنتقل لمسافات أكثر من 50 متر .
أما مثال على تدفق جيني قوي : ذبابة الفاكهة - مثلها مثل الكثير من الأحياء القادرة على نقل جيناتها لمسافات أبعد - تستطيع أن تنتقل لمسافة 15 كيلومتر خلال فترة حياتها .
التدفق الجيني له عدة آثار مهمة تطوريا
- ضمن مجموعة سكانية : إدخال أو إعادة إدخال مورثات لمجموعة سكانية , مما يسبب ارتفاع التنوع الجيني لتلك المجموعة السكانية.
- خلال عدة مجاميع السكانية : إن انتشار الجينات (المورثات) قد يجعل الجماعات السكانية المتباعدة متشابهة , و هذا سيقلل من التنوع الجيني و من التطور لأنواع جديدة (speciation) . إذا كلما قل التدفق الجيني بين الجماعات السكانية , كلما أصبح من المحتمل أكثر ضهور أنواع جديدة.
-----------------------------------------------------------------
الجنس و الخلط الوراثيإن ممارسة الجنس قد تؤدي لظهور خلطات جديدة من المورثات في المجموعة السكانية و هي مصدر مهم للتنوع الجيني .
بالتأكيد قد لاحظتَ في حياتك العملية أن الأقارب لا يتطابقون وراثيا و مظهريا مع بعضهم أو مع آبائهم (ما عدا التوائم المتطابقة بالتأكيد) , و هذه الإختلافات تحدث لأنه عندما تتكاثر الأحياء جنسيا , يحدث بعض الخلط الوراثي , ليشكل تراكيب وراثية جديدة . على سبيل المثال : أنت كنت ستملك حواجب كثيفة و أنف كبير إذا كانت أمك تحمل مورثات مسؤولة عن صفة الحواجب الكثيفة و أبوك يحمل مورثة مسؤولة عن كبر الأنف .
هذه الخلطة الجديدة التي ظهرت لك قد تكون جيدة , سيئة , أو ليست ذات تأثير .. فإن كانت حبيبتك تعشق الحواجب الكثيفة و الأنف الكبير فأنت من المحظوظين و قد كسبت خلطة ناجحة!
هذا الخلط مهم وراثيا لأنه يسبب ظهور خلطات جديدة من الصفات الوراثية عند كل جيل . و أيضا , قد يساعد على إبقاء خلطات "جيدة" من المورثات.
التفاصيل (أنصح أن يقرأها لمن لديه اطلاع مسبق في علم الأحياء فقط)
هذه ستكون مراجعة سريعة لعلم الوراثة و التكاثر الجنسي , و سنستخدم البشر كمرتكز للتوضيح لأن الوراثة عند البشر موضوع مألوف , و لكن بإمكانك تطبيق أساس هذه الفكرة على بقية الكائنات التي تتكاثر جنسية .
- المورثات تتوضع على سلاسل طويلة من الحامض النووي DNA , تدعى بالكروموسومات .
- البشر يمتلكون 23 زوجا من الكروموسومات , جزء من كل زوج موروث من الأب , و الجزء الآخر موروث من الأم . بالمقابل , لدينا نسختين من كل مورثة , واحدة من الأب و واحدة من الأم.
- إذا تكاثر البشر بأخذ 23 "زوجا" من كروموسومات الأب و 23 "زوجا" من كروموسومات الأم , فسيصبح لأبنهما كروموسومات كثيرة جدا ("46" زوجا) , لذلك البويضة و الحيوان المنوي يحملون نصف الكمية فقط , 23 قضيب من الكروموسومات (أي نصف كل زوج) , و بالتالي تحمل البويضة و الحيوان المنوي نسخة واحدة من كل مورثة . عندما يحصل تلقيح البويضة بالحيوان المنوي , يحصل الإبن على العدد الطبيعي من الكروموسومات ,23 زوجا من الكروموسومات المتناظرة.
- عندما تتولد البويضة أو الحيوان المنوي , فإن الخلية الأم المولدة لهما تفصل أولا بين قضيبي الكروموسومين . ثم تضاعف كل قضيب من الكروموسومات , و تترك الكروموسومات المتطابقة ملتصقة ببعضها البعض.
الصورة توضح مضاعفة القضبان الكروموسومية و التصاق القضبان المتطابقة ببعضها.
- عندئذ يجد كل قضيب من الكروموسومات (الذي تضاعف الآن و التصق مع مطابقه) القضيب الأصلي المناظر له , ثم يتبادل القضيبان المتناظران ال DNA مع بعضهما البعض , هذا يُطلق عليه اسم إعادة الخلط . فلنفرض أن إعادة الخلط هذه حصلت في الخلية المولدة للبويضة عند الأم , إن الأم بهذه الطريقة قد أخذت مورثات من أمها و مورثات من أبيها , و جمعتهما في كروموسوم واحد ستمرره مستقبلا إلى ابنها أو ابنتها , و نفس الأمر حصل في الحيوان المنوي عند الأب.
- فور أن يتم إعادة الخلط بين الكروموسومات , تنفصل عن بعضها لبويضتين جديدتين (عند الأم) , و بذلك تنتهي البويضة بنسخة واحدة من قضيب كروموسومي بعد أن يحصل الإنقسام المنصف بخطوتيه
الخطوة أولى
الخطوة الثانية
- عندما يلتقي الحيوان المنوي مع البويضة لتشكيل الزيجة (البيضة المخصبة) , سيرث الطفل خلطة خاصة كليا من المورثات : مورثات من الأجداد الأربعة بالإضافة إلى أي طفرة (إن حصلت) أثناء تكوين البويضات و الحيوانات المنوية عند الأب و الأم.
-----------------------------------------------------------------
الإرتقاء (النشوء) develpmentالإرتقاء هي العملية التي يتحول فيها الجنين الى كائن بالغ , و من ثم يموت . خلال الإرتقاء ,الطراز المظهري للكائن يعبر عن طرازه الوراثي , و يجعل المورثات عرضة للإنتخاب الطبيعي .
إن دراسة النشوء مهم لفهم التطور للأسباب التالية :
1- تفسير التغيرات التطورية الكبيرة : إن تغير الجينات المسؤولة عن ارتقاء كائن قد يؤثر بشكل هائل على نشوء هذا الكائن . و لأن هذا التأثير واضح جدا , العلماء يعتقدون أن التغير في الجينات المسؤولة عن الإرتقاء قد ساعد على ظهور تحولات تطورية ذات تأثير كبير على الأحياء تاريخيا . هذه الطفرات قد تساعد في تفسير الكثير , على سبيل المثال : كيف تطورت الثديات ذات الظلف المشقوق لتصبح كائنات بحرية . أو كيف غزت النباتات المائية اليابسة . أو كيف طورت لافقاريات صغيرة أجنحةَ.
إن الطفرات الحاصلة في المورثات المسؤولة عن نشوء أو ارتقاء ذبابة الفاكهة قد تسبب تغيرات نشوئية كبيرة , مثل أن يصبح لها أربعة أجنحة بدل إثنتان.
طفرات أخرى في المورثات المسؤولة عن الإرتقاء قد تسبب ظهور أرجل بدل قرون الإستشعار عند ذبابة الفاكهة , كما في الذبابة على اليمين في الرسم السابق
2- معرفة التاريخ التطوري للأحياء : إن ارتقاء كائن قد يوفر قد يشير إلى أدلة عن تاريخه يستخدمها العلماء في بناء الشجرة التطورية.
الأشكال التي تمر بها أجنه كالسابقة قد تبين نماذج عن العلاقات بين خطوط النسل .
3- الحد من التغير التطوري : إن عملية الإرتقاء قد تحد من التطور ,مانعة بعض العناصر من التطور في بعض خطوط النسل , مثلا : الإرتقاء قد يفسر لماذا لا توجد ست أصابع لرباعيات الأطراف .
----------------------------
تفاصيل إضافية عن النشوء و الإرتقاء
إن التحول من بيضة مخصبة إلى كائن حي خلال عدة أسابيع هو تحول مذهل , يحدث خلاله الكثير من الأشياء : تركيب الجسم يجب تحديده (رأس-ذنب \ ظهر-بطن) و أنسجة مختلفة يجب أن تُبنى و الأعضاء يجب أن تتشكل .الذبابة البالغة مكونة من عدد كبير من أجزاء مؤلفة من خلايا مختلفة . و لكن كل خلية تملك نفس ال DNA , اي تملك نفس المعلومات الوراثية . إذا كيف "تعرف" كل خلية ماذا يجب أن تفعل ؟
- هناك مورثات (جينات) محددة بمكان و زمان تفعيل الجينات الأخرى .
لا تشفر جميع المورثات معلومات لبناء الروتينات . فهناك مورثات منظمة "Regulatory genes" تتحكم بمتى و أين تتفعل بقية المورثات . مثلا : المورثات المنظمة تخبر خلايا الذبابة متى تبدأ ببناء الأجنحة , و هذا يحصل في مرحلة اليرقة , في الجزء الثاني و الثالث من شرائح الصدر . و تستطيع المورثات المنظمة أن تبدأ ب تأثيرات متسلسلة , فتقوم بتفعيل مورثات أخرى و هذه المورثات تفعّل بدورها مورثات أخرى أيضا , و هكذا. و قد يستطيع جين منظم واحد أن يسيطر على بناء جزء معقد كامل من الجسد كالساق و العين .
الرسم السابق يوضح تأثير السلسلة الذي قد ينتج عن مورثة منظمة واحدة.
- الخلايا المختلفة تنشط فيها مورثات مختلفة
مثلا خلايا العين تنشط فيها مورثات تبني بروتينات ضرورية للإبصار , و لكن الخلايا المؤلفة للجهاز الهضمي لا تنشط فيها نفس المورثات , حيث تنشط فيها مورثات تبني الأنزيمات الهاضمة .
الأجزاء المختلفة في الذبابة النامية تنشط فيها مورثات مختلفة.
- المؤثرات الكيميائية تؤثر على مصير الخلايا
المؤثرات الكيميائية من الطبيعة أو من الخلايا المجاورة تؤثر على أي مورثة تنشط في خلية معينة . مثلا : في العين النامية للفقاريات , المؤثرات الكيميائية من العين و التي تسببها الشبكية تؤثر على الخلايا المتاخمة لها محولة إياها لخلايا العدسة بدل أن تتحول لأنواع أخرى من الخلايا .
----------------------------
المورثات المتحكمة بالإرتقاء و النشوء - مورثات هوكس Hox genes
هي مورثات تتحكم ب"الغرض العام" للإرتقاء , أي هي العناصر المهمة في بناء الكائنات المعقدة كالذباب . و بعض مورثات "التحكم" هذه موجودة في عدة كائنات , "أي تعطي صفات متناظرة - موروثة من سلف واحد (راجع المقدمة)" . و مورثات هوكس تتحكم ببناء الشكل الأساسي لجسد العديد من الأحياء , كالبشر و الذباب و الديدان . أي هي مسؤولة عن تشكيل و تنظيم المنطقة ما بين الرأس و الذيل . يمكنك اعتبار مورثات هوكس كمهندسين يعطون معلومات توجيهية أثناء تشكل الجنين "ضعوا الرأس هنا , الأقدام تكون هناك"
مورثات هوكس هي "الهدف العام" بمعنى أنها متشابهة في العديد من الأحياء , لا يهم إن كان ما يُبنى هو رأس ذبابة أو رأس فأرة , فالمورثات نفسها هي التي تتحكم بالعملية . و إن تغيرات بسيطة في مورثات منظمة مهمة لهذه الدرجة أو حتى تغيرات في المورثات الأخرى التي تتحكم بها مورثات هوكس , قد يؤدي لتغيرات تطورية هائلة .
-----------------------------------------------------------------
الإنجراف الوراثيإن الإنجراف الوراثي كما أسلفنا يمثل إحدى الآليات الأساسية في التطور .
في كل جيل , بعض الأفراد قد تنجب أفرادا للمجموعة السكانية جيلا ثانيا (و بالتالي ينشرون مورثاتهم) بشكل أكبر من أفراد آخرين , و هذا الجيل الثاني سيكون نسل للأفراد "الأكثر حظا" , و ليس بالضرورة الأفراد "الأفضل" . و هذا باختصار شديد , هو الإنجراف الوراثي . و الإنجراف الوراثي يحصل في
جميع الجماعات السكانية , و لا توجد طريقة لتجنب تقلبات الصدفة .
إن الإنجراف الوراثي - بعكس الإنتخاب الطبيعي - يؤثر على التركيب الوراثي لمجموعة سكانية بطريقة عشوائية تماما . فعلى الرغم من كون الإنجراف الوراثي آلية أساسية للتطور , إلا أنه لا يعمل على أساس أن يبقى الكائن المتكيف أكثر مع الطبيعة . بل يعمل على أساس أن يبقى الكائن المحظوظ أكثر .
ففي الرسم السابق كانت الخنافس البنية أكثر حظا من الخنافس الخضر مما جعل مورثاتها تنتشر بشكل أكبر في المجموعة , و لم تبقى الخنافس الخضر لأنها متكيفة أكثر مع البيئة .
كيف يحصل الإنجراف الوراثي؟الخطأ في أخذ العينات و التطور !
تخيل أنك تلعب لعب مع صديقك, في هذه اللعبة لديك كيس يحوي على مئة كرة صغيرة , 50 منها بنية , و 50 خضر . ثم تخيل أنك قمت بسحب 10 كرات عشوائيا - بدون أن تعرف لون الكرات التي سحبتها - . ثم تخيل أن صديقك أخذ الكيس الذي سحبت منه , و أعطاك كيس آخر فيه 100 كرة ألوانها بنفس نسبة ألوان الكرات الخضر و البنية ال10 التي سحبتها سابقا . ربما سيكون منحى اللعبة كالتالي (إبدأ بقراءة الرسم من اليسار إلى اليمين)
من الواضح أن النسبة بين الكرات البنية و الخضراء تتراوح تنجرف ما بين 5:5 و 4:6 و 3:7 و 6:4 .
هذا الإنجراف يحصل في المجاميع السكانية . فنظرا لكون العوامل البيئية عشوائية , فإن النسبة بين أنواع المورثات لا تنتقل بنسبة متطابقة بين الأجيال , أي لو كان لدينا في الجيل الأول مجموعة سكانية من اربع خنافس خضر و ست خنافس بنية , فإن الجيل الثاني (نسل الجيل الأول) غالبا لن لحوي على اربع خنافس خضر و ستة بنية أيضا , فالنسبة سوف تختلف . فإن نسبة الخنافس الخضر قد تزداد أو تنقص , مما سيؤدي إلى تغير في التردد الوراثي للمجموعة السكانية بدون مساعدة الإنتخاب الطبيعي , أي هذا تطور ناتج عن صدفة و ليس عن انتخاب .
الإنجراف الوراثي له عدة آثار مهمة في التطور :
1- الإنجراف الوراثي يقلل من التنوع الجيني في المجموعة السكانية . مما يقلل من قدرة المجموعة السكانية على التطور في مواجهة قوى الإنتخاب.
2- الإنجراف الوراثي له آثار جذرية و أكثر سرعة في المجاميع السكانية الصغيرة . و هذه الآثار لها أهمية في المجاميع السكانية النادرة و المعرضة للإنقراض.
3- الإنجراف الوراثي قد يؤثر في تمايز الأحياء لأنوع مختلفة , على سبيل المثال : قد تنجرف مجموعة سكانية صغيرة و تنعزل عن المجموعة السكانية الأصلية بسبب الإنجراف الوراثي .
الإنجراف الوراثي قد يؤدي لتقليل التنوع الجيني تخيل أنه في لعبتنا السابقة كانت نتيجة السحب هي النسب 5:5 ثم 4:6 ثم 3:7 ثم 6:4 ثم 0:8 ثم 0:10 ثم 0:10 ثم 0:10 ... الخ . لماذا استمرينا بكتابة ال 0:10 ؟ و ذلك لأنه إذا فشلت الكرات الخضر في أن تظهر في سحب واحد , فهي لن تظهر في أي سحب آخر ! فلن نستطيع إستعادتها , و سنبقى عالقين مع الكرات البنية فقط . الرسم التالي يوضح ذلك , و هو يبدأ من السحب الرابع :
و هذا يحصل نفسه بالنسبة للجماعات السكانية , فإذا جاء جيل فيه خنافس بنية فقط بدون ظهور خنافس خضر , فهذا يعني أن مورثة اللون الأخضر قد اختفت للأبد! ما لم تظهر ظفرة جديدة تؤدي لظهور مورثة اللون الأخضر .
إن نسبة 0:10 تمثل إحدى أهم آثار الإنجراف الوراثي : تقليل كمية التنوع الجيني في المجاميع السكانية . وبانخفاض التنوع الجيني , سيكون هناك أنواع أقل يستطيع الإنتخاب الطبيعي أن يؤثر عليها. فإذا انجرفت مورثة اللون الأخضر خارج المجموعة السكانية , و أصبحت الظروف البيئية تلائم وجود الخنافس الخضر و لا تناسب وجود الخنافس البنية , بهذا سوف ينتهي حظ هذه المجموعة ! فالإنتخاب الطبيعي سوف يؤثر سلبا على الخنافس البنية . الإنتخاب الطبيعي لن يستطيع بهذه الحالة أن يرفع من نسبة مورثة اللون الأخضر , لأنه لا توجد خنافس خضر أصلا ليرفع من نسبة عددها. الإنتخاب الطبيعي يؤثر على الأنواع الموجودة أصلا , و لا يخلق أنواع جديدة.
حالات خاصة في الإنجراف الوراثي - الإختناقات و تأثير المؤسسالتنوع الجيني -كما ذكرنا- قد يسبب نقصان التنوع الجيني في المجموعات السكانية الصغيرة
- الإختناقات
إن الاختناقات السكانية تحصل عندما ينخفض عدد السكان في جيل واحد على الأقل . بما أن الإنجراف الوراثي يعمل بسرعة أكبر في تخفيض التنوع الجيني للمجموعات السكانية الصغيرة , فإن الإنجراف الوراثي بحدوث الإختناق قد يقلل التنوع الجيني لمجموعة بشكل كبير جدا , حتى و إن لم يستمر الإختناق خلال أجيال متعددة. الرسم التالي للعبة سحب الكرات يوضح كيف أن سحب ضئيل جدا في الجيل الثاني أدى لظهور اختناق .
و كما ذكرنا سابقا , قلة التنوع الجيني في مجموعة سكانية قد يجعل المجموعة غير متكيفة مع الضغوط الإنتخابية الجديدة , و مثال على الضغوط الانتخابية هو التغيرات المناخية أو قلة الموارد الغذائية , لأن النوع الذي ربما كان ليتكيف مع هذه الظروف الجديدة (القوى الإنتخابية) ربما كان قد انجرف خارج المجموعة السكانية (أنقرض) بسبب الانجراف الوراثي.
مثال على الإختناقات السكانيةيُعتقد إن التنوع الجيني للفقمات في الشمال قد قل بسبب الإختناق السكاني الذي سببه صيد البشر للفقمات في عام 1890 . فالصيد قد قلل حجم مجموعة هذه الفقمات السكانية إلى 20 فقمة تقريبا في أواخر القرن التاسع عشر. على أي حال ازداد حجم هذه المجموعة السكانية الى 30,000 فقمة الآن و لكن آثار الإختناق السكاني لا تزال واضحة حتى الآن : حيث تمتلك هذه الفقمات تنوع جيني أقل بكثير من التنوع الجيني لفقمات الجنوب التي لم تتعرض لصيد بهذه الشدة.
- تأثير المؤسس
تأثير المؤسس يحدث عندما تنشأ جماعة سكانية جديدة ابتداءا من بضعة أفراد فقط أتوا من المجموعة السكانية الأصلية . و إن هذا منشأ هذه المجموعة السكانية الصغير في العدد قد يعني ان المجموعة السكانية الجديدة لها :
1- تنوع جيني أقل من المجموعة الأصلية .
2- نموذج غير عشوائي من مورثات المجموعة السكانية الأصلية
على سبيل المثال : المجموعة السكانية من الألمان المستوطنين في جنوب أفريقيا نشأت من عدد قليل من المستعمرين الأوائل , إن هذه المجموعة السكانية تمتلك نسبة تردد جيني عالية لمورثة مرض هنتجتون Huntington's disease . السبب في هذا أن المستعمرين الأوائل امتلكوا هذه المورثة بتردد عالي .
إن تأثير المؤسس تسهل ملاحظته في الأمراض الوراثية و لكن , بالتأكيد , كل أنواع المورثات خاضعة لتأثير المؤسس.
--------------------------------------------------------
أعزائي , إذا عدتم لبداية الموضوع و أعدتم قراءة "آلية التغير" .. ستجدون أني أكملت ترجمة 3 من الآليات في الموضوع الأصلي , الطفرة - الهجرة - الإنجراف الوراثي , و تبقى فقط الإنتخاب الطبيعي الذي سأخصص ردا كاملا عنه هو و المفاهيم الخاطئة المنتشرة عنه.
إنتظرونا
الكاتب