تكشف الأبحاث الحديثة التي أجريت على بطيئات المشية عن أساس وراثي معقد لمرونتها الشديدة، وتتحدى الافتراضات السابقة حول تكيفاتها البيئية، وتشير إلى أحداث تطورية مستقلة في قدرتها على اللاهيدروبيا.
قد تكون بطيئات المشية هي الناجين النهائيين من الطبيعة. على الرغم من أنه من السهل التغاضي عن هذه الحيوانات الصغيرة شبه الشفافة، إلا أنها تمثل مجموعة متنوعة نجحت في استعمار بيئات المياه العذبة والبحرية والبرية في كل قارة، بما في ذلك القارة القطبية الجنوبية.
تُعرف هذه المخلوقات غير العادية باسم “الدببة المائية”، وقد تكون من بين أكثر المخلوقات مرونة على هذا الكوكب. صِنف مقاوم للجفاف ومستويات الإشعاع العالية وبيئة الأكسجين المنخفضة ودرجات الحرارة والضغوط العالية والمنخفضة.
على الرغم من اقتراح عدة جينات للمساهمة في هذا التسامح الشديد، إلا أن الفهم التفصيلي لأصل وتاريخ هذه التكيفات الفريدة لا يزال بعيد المنال. دراسة جديدة نشرت في البيولوجيا الوراثية والتطورعلماء في معهد جامعة كيو للعلوم البيولوجية المتقدمة جامعة أوسلو متحف التاريخ الطبيعي، و جامعة بريستول من خلال تسليط الضوء على المشهد الوراثي المعقد الذي يحرك بيئة بطيئات المشية الحديثة، تكشف بطيئات المشية عن شبكة معقدة بشكل مدهش من ازدواجية الجينات وخسائرها المرتبطة بالتسامح الشديد.
فهم عائلات جينات بطيء المشية
كشكل من أشكال التحمل الشديد، يمكن لبطيئات المشية أن تنجو من الجفاف الكامل تقريبًا عن طريق الدخول في حالة سبات تسمى اللاهيدروبيوز.إنه، الحياة بدون ماء)، مما يسمح لهم بعكس عملية التمثيل الغذائي. تم العثور سابقًا على أن العديد من عائلات الجينات الخاصة بطيئات المشية مرتبطة بمرض اللاهيدروبيوسيس.
يتم تمثيل ثلاث عائلات جينية من بينها جيتوسوليك, أنا أكونإيتوكوندريا، و ستسريح أوفير ميأكل سالبروتينات القابلة للذوبان (CAHS، MAHS، وSAHS، على التوالي) بناءً على الموقع الخلوي حيث يتم التعبير عن البروتينات. يبدو أن بعض بطيئات المشية لها مسار متباين يشتمل على عائلتين من البروتينات الوفيرة القابلة للذوبان في الحرارة والتي تم تحديدها لأول مرة في بطيئات المشية. اختبار إكينيسكوس ويشار إليها عادة باسم EtAHS ألفا وبيتا.
تصوير تارديغرادا راماسوتيوس فاريرناتوس، في قلب نسالة CAHS، هي الأكبر من بين عائلات البروتين الست المرتبطة بالجفاف التي تم تحليلها في هذه الدراسة. الائتمان: كازوهارو أراكاوا، معهد كيو للعلوم البيولوجية المتقدمة
تمتلك بطيئات المشية جينات مقاومة الإجهاد والتي يتم توزيعها على نطاق أوسع بين الحيوانات، مثل جين إعادة التركيب الانتصافي 11 (MRE11)، والذي كان متورطًا في تحمل الجفاف في الحيوانات الأخرى. لسوء الحظ، منذ تحديد هذه العائلات الجينية، تتوفر معلومات محدودة من معظم سلالات بطيئات المشية، مما يجعل من الصعب استخلاص استنتاجات حول أصلها وتاريخها وآثارها البيئية.
استكشاف تطور بطيئات المشية
ولتسليط الضوء بشكل أفضل على تطور تحمل بطيئات المشية الشديد، حدد مؤلفو الدراسة الجديدة – جيمس فليمنج، وديفيد بيساني، وكازوهارو أراكاوا – تسلسلات هذه العائلات الجينية الست في 13 نوعًا من بطيئات المشية، بما في ذلك ممثلو سلالات بطيئات المشية الرئيسية، وهي Eutardigrades، و متغاير. كشف تحليلهم عن 74 تسلسل CAHS، و8 MAHS، و29 SAHS، و22 EtAHS alpha، و18 EtAHS beta، و21 MRE11، مما يسمح ببناء أول سلالات بطيئات المشية لهذه العائلات الجينية.
ولأن مقاومة الجفاف من المحتمل أن تكون قد ظهرت كتكيف مع البيئات الأرضية، فقد افترض الباحثون إيجاد صلة بين تضاعف الجينات والخسائر في عائلات الجينات هذه وتغيرات الموائل داخل بطيئات المشية. يقول جيمس فليمنج، المؤلف الرئيسي للكتاب: “عندما بدأنا العمل، توقعنا أن يتم تجميع كل فرع فرعي بشكل واضح حول النسخ القديمة، مع القليل من الخسائر المستقلة. وهذا من شأنه أن يسهل ربطها بفهمنا للموائل والبيئة الحديثة”. يذاكر. ويواصل قائلاً: “إنها فرضية بديهية، مفادها أن تطور نسخ هذه الجينات المرتبطة بالجفاف يجب، من الناحية النظرية، أن يحتوي على بقايا التاريخ البيئي لهذه الكائنات، على الرغم من أنه في الواقع، تبين أنه بسيط للغاية. “.
وعلى العكس من ذلك، فوجئ الباحثون بعدد النسخ المستقلة من الجينات القابلة للذوبان في الحرارة، والتي رسمت صورة أكثر تعقيدًا لتطور الجينات المرتبطة باللاهيدروبيوز. ومع ذلك، فمن الجدير بالذكر أنه لم يكن هناك ارتباط واضح بين الأنواع اللاهيدروبيولوجية القوية وعدد الجينات المرتبطة باللاهيدروبيوز. يقول فليمنج: “ما وجدناه مثير للغاية، فهو عبارة عن شبكة معقدة من المكاسب والخسائر المستقلة التي لم ترتبط الأنواع الأرضية الحديثة بالضرورة بالبيئة”.
التكيفات المستقلة في سلالات بطيئات المشية
على الرغم من عدم وجود علاقة بين ازدواج الجينات وبيئة بطيئات المشية، قدمت هذه الدراسة نظرة ثاقبة مهمة حول التغييرات الرئيسية التي أدت إلى اكتساب اللاهيدروبيوسيس. تشير التوزيعات المتميزة لعائلات الجينات في المجموعتين الرئيسيتين من بطيئات المشية – CAHS، وMAHS، وSAHS في eutardigrades وEtAHS في بطيئات المشية ألفا وبيتا – إلى وجود تحولين مستقلين داخل بطيئات المشية مرة واحدة من البيئات البحرية إلى البيئات الأرضية الليمونية. سلف Eutardigrade ومرة واحدة داخل Heterotardigrades.
يمثل هذا البحث خطوة مهمة إلى الأمام في فهمنا لتطور اللاهيدروبيوسيس في بطيئات المشية. كما أنه يوفر أساسًا للدراسات المستقبلية حول تحمل بطيء المشية الشديد، والذي سيتطلب التطوير المستمر للموارد الجينية من سلالات بطيئات المشية الأكثر تنوعًا.
يقول فليمنج: “لسوء الحظ، ليس لدينا ممثلون للعديد من العائلات المهمة مثل Isohypsibidae، وهذا يحد من مدى قدرتنا على التمسك باستنتاجاتنا”. “مع المزيد من عينات المياه العذبة وبطيئات المشية البحرية، يمكننا أن نقدر بشكل أفضل تكيفات أعضاء المجموعة الأرضية.” لسوء الحظ، قد تكون بعض بطيئات المشية بعيدة المنال بشكل خاص، مما قد يشكل عائقًا كبيرًا أمام مثل هذه الدراسات. على سبيل المثال، تاناركتوس بوبولوبوسوهي واحدة من بطيئات المشية المفضلة لدى فليمنج، وهي صغيرة جدًا بحيث لا يمكن رؤيتها بالعين المجردة، ولا توجد إلا في الرواسب في شمال المحيط الأطلسي على عمق حوالي 150 مترًا. يقول فليمنج: “نأمل أن تؤدي جهود التسلسل واسعة النطاق من خلال مشروع الجينوم الحيوي للأرض إلى سد هذه الفجوة في فهمنا بشكل ثابت، وأنا متحمس لرؤية استمرار هذا الجهد”.
المرجع: جيمس ف. فليمنج، وديفيد بيساني، وكازوهارو أراكاوا، 29 نوفمبر 2023، “تطور عائلات البروتين المرتبطة بدرجة الحرارة والجفاف في بطيئات المشية يكشف عن اكتساب معقد للتحمل الشديد.” البيولوجيا الوراثية والتطور.
دوى: 10.1093/جي بي إي/evad217
