اكتشف العلماء أكبر استنساخ في العالم في أستراليا:شبكة ضخمة من مروج الأعشاب البحرية تغطي أكثر من 77 ميلاً مربعاً (200 كيلومتر مربع). شبكة المروج هي في الواقع نبتة واحدة تقوم باستنساخ نفسها باستمرار لما يقرب من 4500 عام.
وجد الباحثون هذا الاستنساخ الهائل أثناء دراسة التنوع الجيني للأعشاب البحرية في خليج القرش ، وهو جسم محمي من المياه الضحلة في غرب أستراليا. لقد علموا أن جميع مروج المنطقة تقريبًا من حشائش شريط بوسيدون ( Posidonia australis ) متطابقة وراثيا. وكشف التحليل الإضافي أنه على عكس الأعشاب البحرية الأخرى في المنطقة ، والتي تتكاثر جنسيًا ، P. أستراليا هو في الواقع استنساخ نفسها من خلال شبكة تحت الأرض من الجذور المتفرعة.
P. أستراليا يمتد الاستنساخ لمسافة 112 ميلاً (180 كم) من النهاية إلى النهاية - وإن كان ذلك ببضع رقع - "مما يجعله أكبر مثال معروف عن استنساخ في أي بيئة على الأرض كتب الباحثون في الدراسة التي نُشرت على الإنترنت في 31 مايو في مجلة Proceedings of the Royal Society B (يفتح في علامة تبويب جديدة). إنها تقزم صاحب الرقم القياسي السابق:استنساخ من عشب البحر Posidonia oceanica في غرب البحر الأبيض المتوسط ، والتي تمتد حوالي 9 أميال (15 كم).
قالت كبيرة الباحثين إليزابيث سينكلير ، عالمة الأحياء التطورية في جامعة غرب أستراليا ، لـ Live Science:"إنه نبتة واحدة" تمكنت من النمو دون انقطاع. أضاف سنكلير أنه إذا ظل دون إزعاج ، فيمكن أن يستمر الاستنساخ العملاق في التوسع إلى أجل غير مسمى ، مما يجعله خالدة عمليا.
التوسع النسيلي
وجد الباحثون أن عنصر P. أستراليا كان الاستنساخ يتوسع من خلال عملية تُعرف باسم "التمديد الجذري الأفقي" ، حيث يقوم النبات بإنشاء فرع متماثل وراثيًا عبر جذع تحت الأرض ، أو جذمور ، والذي يطور بعد ذلك جذوره وساقه. عند النظر إليها من السطح - في هذه الحالة ، قاع البحر الرملي - تبدو كتل الأعشاب البحرية كعينات منفصلة ، ولكنها على المستوى الجيني هي نفس النبات.
هذه هي نفس العملية التي ولدت Pando ، وهي غابة من أشجار الحور الرجراج ( Populus tremuloides ) في ولاية يوتا ، وهي في الواقع مجرد شجرة واحدة ضخمة مترابطة.
في حين أن عنصر P. أستراليا قال سنكلير إن المروج لا تشكل مرجًا واحدًا غير منقطع ، ولا يزال من الممكن اعتبارها نباتًا واحدًا. وأضافت أن "نباتات الأعشاب البحرية يمكن أن تتفتت بمرور الوقت إذا كان هناك ضرر أو اضطراب ، لكن الشظايا لا تزال متطابقة وراثيا". من الممكن أن يكون عنصر P. أستراليا كتب الباحثون في الدراسة أن المروج كانت في يوم من الأيام متصلة بشكل كامل وربما تكون مجزأة بسبب رعي الحيوانات البحرية أو موجات الحرارة الشديدة.
بناءً على حجم وعمر عنصر P. أستراليا في المروج ، يعتقد الباحثون أن الاستنساخ ينمو بمعدل حوالي 6 إلى 14 بوصة (15 إلى 35 سم) سنويًا. قد لا يبدو هذا كثيرًا ، لكنه معدل سريع إلى حد ما عند مقارنته بنمو مروج الأعشاب البحرية المستنسخة الأخرى ، وفقًا لما ذكره مؤلفو الدراسة.
قال سنكلير ، نظريًا ، يمكن أن يستمر الاستنساخ في النمو إلى أجل غير مسمى ، "طالما لم يتم إزعاجها ولا تتغير البيئة بسرعة كبيرة." إن الظروف شبه البكر في خليج القرش ، والتي تم تصنيفها في عام 1991 كمنطقة تراث عالمي من قبل منظمة الأمم المتحدة للتربية والعلم والثقافة (اليونسكو) ، تعني أن P. أستراليا وأضافت أنها ظلت غير مضطربة نسبيًا طوال حياتها.
تكرار الجينوم
يشتبه الباحثون في أن جزءًا آخر من عنصر P. أستراليا يمكن أن تُعزى قصة النجاح إلى قوة وراثية عظمى غير عادية بين النباتات تمكنها من عمل نسخة إضافية من جينومها ، مما يضاعف كمية DNA يمكنهم الاستفادة منها للتكيف مع التغيرات الشديدة في الظروف البيئية.
معظم الكائنات الحية على الأرض ثنائية الصبغيات ، مما يعني أن حمضها النووي يحتوي على زوج واحد من الكروموسومات . ومع ذلك ، هذا ليس هو الحال بالنسبة لكل كائن حي. بعض الكائنات الحية ، مثل ذكور أنواع معينة من النحل ، لديها DNA يتكون من كروموسومات مفردة غير متزاوجة ، وتعرف هذه الكائنات باسم monoploids. بعض الكائنات الحية ، المعروفة باسم polyploids ، لها زوجان أو أكثر من الكروموسومات.
يمكن للنباتات ثنائية الصبغيات أن تتطور بسرعة إلى تعدد الصبغيات عن طريق مضاعفة عدد الكروموسومات لديها - وهي عملية تُعرف باسم تكرار الجينوم الكامل ، أو تعدد الصبغيات. يعتقد الباحثون أن هذا ما حدث لـ P. أستراليا .
هناك طريقتان يمكن أن يصبح فيهما النبات ثنائي الصيغة الصبغية متعدد الصيغ الصبغية. يمكن أن يحدث ذلك عندما يتكاثر نوعان منفصلان ولكنهما قريبان من بعضهما البعض. بدلاً من الجمع بين الحمض النووي الأبوي كما يفعل الهجين القياسي ، يحصل الأبناء متعدد الصيغ الصبغية على نسخة كاملة من الحمض النووي لكل من الوالدين. هذا هو المعروف باسم allopolyploidy. يمكن أيضًا أن تظهر Polyploids عندما يتكاثر فردان من مجموعات منفصلة من نفس النوع ، ويحصل النسل على مجموعتي الحمض النووي الكامل. هذا هو المعروف باسم autopolyploidy. في كلتا الحالتين ، تكون العملية عشوائية تمامًا ويصبح النسل نوعًا جديدًا تمامًا لأنه غير قادر على التكاثر مع أفراد آخرين من أنواع آبائهم.
في حالة P. أستراليا ، قرر الباحثون أن الأعشاب البحرية المستنسخة ذاتيًا ظهرت على الأرجح عن طريق الصبغ الذاتي من سلف ثنائي الصبغة ، والذي من المحتمل أن يكون قد انقرض منذ ذلك الحين.
قال سنكلير إن النباتات متعددة الصيغ الصبغية تعتبر أحيانًا "طريق مسدود تطوري" لأن العديد منها عقيم ، مما يعني أنها لا تستطيع التكاثر عن طريق الاتصال الجنسي. هذا يحد من قدرة النباتات على التحور ، وهو جزء أساسي من نظرية التطور . ومع ذلك ، فإن التحول إلى متعدد الصيغ الصبغية يمكن أن يكون بمثابة فرصة أخيرة للنباتات التي تواجه الانقراض بسبب التغيرات البيئية الشديدة.
قال سنكلير:"لقد أدى الجمع بين جينومين مختلفين إلى مضاعفة التنوع الجيني في النبات ، مما يزيد على الأرجح من قدرته على تحمل مجموعة واسعة من الظروف البيئية".
تغيير الظروف
حتى قبل حوالي 8500 عام ، كان خليج القرش في الواقع فوق مستوى سطح البحر وجزءًا من أستراليا القارية. لكن ارتفاع مستوى سطح البحر الناجم عن نهاية العصر الجليدي الأخير ، أحدث عصر جليدي انتهى منذ حوالي 12000 عام ، أدى إلى غرق هذا الجزء من القارة. تم غمر الموطن البحري الذي تم إنشاؤه حديثًا بأنواع جديدة ، مثل الأعشاب البحرية.
ومع ذلك ، فقد كان خليج القرش بيئة غير مستقرة للغاية في ذلك الوقت بسبب مياهه الضحلة. اليوم ، يبلغ متوسط عمق خليج القرش حوالي 30 قدمًا (9 أمتار) عبر مساحة تبلغ 8880 ميلًا مربعًا (23000 كيلومتر مربع) بالكامل ، لكنها كانت أقل عمقًا منذ حوالي 4500 عام عندما P. أستراليا ظهرت. المحيطات الضحلة أكثر عرضة للتقلبات الشديدة في درجات الحرارة والملوحة بسبب قلة المياه لتوزيع الحرارة والمعادن وتعميمها. كما أن نظمها البيئية أكثر عرضة للاضطراب والضرر من العواصف الاستوائية من بيئات أعماق البحار.
في الدراسة ، اقترح الباحثون أنه إذا كانت P. أستراليا أصبح متعدد الصيغ الصبغية قبل نوع من الاضطرابات البيئية الشديدة خلال هذه الفترة الأكثر اضطرابًا ، مما أعطى P. أستراليا ميزة على سابقاتها ثنائية الصيغة الصبغية ، والتي لم تكن قادرة على الصمود مهما حدث تغيير.
لا يزال Shark Bay يواجه ظروفًا قاسية اليوم إلى حد ما. يمكن أن تتراوح درجات الحرارة السنوية بين 63 و 86 درجة فهرنهايت (17 و 30 درجة مئوية) ، والماء مالح للغاية. تعني ضحالة الخليج أيضًا أنه في خطر من موجات الحرارة المتزايدة القوة الناتجة عن تغير المناخ ، ومن المحتمل أن تكون عرضة للتلف من الأعاصير. ومع ذلك ، فإن البيئة أكثر استقرارًا مما كانت عليه عندما P. أستراليا ظهرت لأول مرة.
ص. أستراليا من المحتمل أن تستمر في الازدهار في المنطقة لآلاف السنين بفضل قدرتها على التكيف مع التغيرات البيئية ؛ قال سنكلير إن أنواع الأعشاب البحرية المحلية الأخرى التي تستمر في التكاثر الجنسي ، وهي باهظة الثمن وتتطلب الكثير من المساحة المتاحة لنمو النباتات الجديدة ، قد تكون أقل مرونة. دون الحاجة إلى التنافس على الفضاء أو تحويل الطاقة للتكاثر ، P. australis وأضافت أنه كان حرًا في استنساخ نفسه بوتيرة ثابتة والسيطرة على النظام البيئي المحلي.
