درخت حیات همچنان در تکامل

کیسی دان (C.Dunn) به سهم خود جانوران عجیب و غریب زیاد جمع کرده است. عنکبوت های دریایی را بیرون کشیده است که در اطراف حوضچه های وایکیکی (ساحلی مشهور در هاوایی) زندگی می کنند. تا کف دریا شیرجه می رود تا در جست وجوی موجودات کوچک شگفت انگیزی به نام خارتنان (kinorhyncha) که از یک دانه شن کوچک ترند، گل جمع کند. دان، زیست شناس دانشگاه براون، شکارچی جانوران عجیب و غریبی است تا بتواند به DNAشان دسترسی پیدا کند. آنچه در ژن هایشان پنهان شده، تاریخی است از کل سلسله جانوران؛ چیزی در حدود ۷۰۰ میلیون سال تغییر تکاملی.

او و همکارانش با تحلیل DNA ده ها نوع مختلف از جانوران، اکتشافات خیره کننده ای در مورد تکامل جانوران انجام داده اند. یکی اینکه نیای تمام جانوران کنونی احتمالا از آنچه پیش از این گمان می شد پیچیده تر بوده است. با آنکه اکنون چند دهه است که دانشمندان مشغول تحلیل DNA هستند، اما این کار متفاوت است. دان و هم دوره هایش برخلاف دانشمندان ۱۰ سال پیش که ممکن بود قطعه ای از یک ژن را با هم مقایسه کنند، می توانند در تمام DNA یک جانور ژنوم کامل آن جست وجو کنند.

این علم نوپا که ژنومیک مقایسه ای نامیده می شود، با فراهم کردن امکان پاسخگویی دانشمندان به برخی از عمیق ترین پرسش های علم، دارد تاثیری عظیم روی زیست شناسی می گذارد. برای مثال نویدبخش آن است که کمک کند معلوم شود ژن هایمان چگونه ما را مستعد ابتلا به بیماری ها می سازند و چگونه ژن های موجودات بیماریزا آنها را مرگبار می سازند. استیون برنر (S.Brenner)، زیست شناس محاسباتی دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، می گوید «در توانایی ما در درک زیست شناسی انقلابی پدید آورده است.»

پیش از ژنومیک مقایسه ای، بعضی پژوهشگران نگران آن بودند که شاید هرگز از تکامل جانوران نخستین درست سردر نیاورند. مثل تماشای یک بازی ورق از چند کیلومتر دورتر با تلسکوپ است. جزئیات می توانند محو باشند. دان می گوید «از این فاصله زیاد مجبورید به چیزی نگاه کنید که نسبتا سریع اتفاق می افتد. خیلی ها از خودشان می پرسیدند آیا هرگز خواهیم توانست به چگونگی روابط خویشاوندی میان گروه های اصلی جانوران با همدیگر پی ببریم.»

دان و همکارانش اکنون نشان داده اند که می توانند. این دانشمندان بزرگ ترین مجموعه ای از داده ها درباره جانوران را تحلیل کرده اند که تاکنون گرد آورده شده است. آنها داده های مربوط به DNA متعلق به ۷۷ گونه مختلف، از اسفنج ها و صدف خوراکی گرفته تا انسان را با هم ترکیب کردند. بعضی از این داده ها از پژوهش های پیشین توسط دانشمندان دیگر به دست آمده اند. علاوه بر آن، دان و همکارانش برای داشتن مجموعه ای فراگیرتر در جست وجوی جانوران گمنام نیز بوده اند. دان می گوید «دو سال طول کشید تا همه چیز را جور کنیم.»

با این اطلاعات آنها توانستند درخت حیات را از نو پیکربندی کنند. در تمام این ۷۷گونه ژن های اساسی که گمان می کردند اطلاعاتی درباره تکامل فراهم کنند را شناسایی کردند. سپس این فهرست تقریبا ۳ هزار ژنی را به ۱۵۰ ژنی کاهش دادند که بیشترین اطلاعات را درباره تکامل فراهم می کردند.

دان می گوید: «برای به دست آوردن کمترین اطلاعات معنی دار از این داده ها، ناچار شدیم بیش از صد کامپیوتر را چند ماه با تمام توان شان به کار گیریم. یکی از مهم ترین نتایج آن است که ما نتیجه ای به دست آوردیم.» به جای گم شدن در یک ابهام باستانی، بسیاری از شاخه های سلسله جانوران در این بررسی واضح شدند. دان می گوید: «خیال مان کمی جمع شد.»

بعضی از نتایج خویشاوندی های مبتنی بر آناتومی را تایید کردند. برای مثال نزدیک ترین خویشاوندان مهره داران، شامل خارپوستان (گروهی شامل ستاره های دریایی و مانند آنها) می شود. اما نتایج دیگر شگفت انگیز بودند. دو تا از پرگونه ترین گروه های جانوران حشرات و نماتودها یا کرم های گرد هستند. از سال ها پیش بسیاری از دانشمندان گفته اند که خویشاوندی حشرات با ما نزدیک تر است تا با کرم های گرد. به عنوان شاهد آنها به ویژگی های مشترک میان حشرات و مهره داران، نظیر یک حفره بدنی داخلی اشاره می کنند که در کرم های گرد وجود ندارد. اما این بررسی جدید دیدگاه متفاوتی درباره تکامل جانوران را تایید می کند: خویشاوندی حشرات و کرم های گرد با همدیگر بیشتر از خویشاوندی هرکدام از آنها با ماست.

این نتیجه فقط برای درک چگونگی تکامل جانوران مهم نیست. (در این مورد، به نظر می رسد که نماتودها حفره بدنی شان را پس از انشعاب از نیاکان حشرات از دست داده اند.) دانشمندان هرچه بیشتر از نحوه خویشاوندی حشرات و کرم های گرد با ما سردرمی آورند، بهتر می توانند نتایج آزمایش های مربوط به این جانوران را به زیست شناسی انسان ترجمه کنند. مارک پالن (M.Pallen)، زیست شناس تکاملی دانشگاه بیرمنگام در انگلستان، می گوید «بدون ارزش افزوده مقایسه های تکاملی با جانداران دیگر توالی ژنوم انسان تقریبا بی ارزش می بود.»

بزرگ ترین شگفتی این بررسی جدید درست در بن درخت جانوران نهفته است. دانشمندان، از دیرباز، اسفنج ها را متعلق به قدیمی ترین دودمان جانوران کنونی به شمار آورده اند. پس از آن قدیمی ترین دودمان ها گروهی از گونه ها را تشکیل می دهند که عروس های دریایی و شانه داران را دربرمی گیرند. بر اساس این دیدگاه، نیای مشترک جانوران کنونی نسبتا ساده بود. تنها پس از انشعاب نیاکان اسفنج ها بود که تکامل دستگاه عصبی آغاز شد. دان و همکارانش در عین شگفتی کشف کردند که دودمان شانه دار از همه قدیمی تر است. استیون هداک (S.Haddock) از آکواریوم مانتری بی، برای آزمودن این نتیجه، با استفاده از یک زیردریایی کنترل از راه دور شانه داری از گونه دیگر برای تحلیل به دست آورد. معلوم شد که شانه دار نخستین آنها یک اتفاق ژنتیکی نبوده است.

دان تاکید می کند که کشف آنها به معنای آن نیست که نیاکان ما شبیه شانه داران بودند. او می گوید: «این مثل آن است که بگویید پسرعموی شما پدربزرگ تان است.» بخش عمده آناتومی شانه دار احتمالا پس از واگرایی نیاکان آن از نیاکان جانوران کنونی دیگر تکامل یافت. اما این واقعیت که شانه داران و بیشتر جانوران دیگر در داشتن یک دستگاه عصبی با هم مشترک اند، نشان می دهد که نیای مشترک شان هم دستگاه عصبی داشته است. نیای مشترک جانوران کنونی برخلاف آنچه زمانی پنداشته می شد، به جای آنکه ساده باشند، از قبل آنقدر تکامل یافته بود که نسبتا پیچیده باشد و حتما هنگامی که نیاکان اسفنج ها منشعب شدند، دستگاه عصبی شان را از دست داده و به صورت فیلترکننده های متصل به کف دریا تکامل یافته اند. (مشکل بتوان آنها را تنها جانورانی شمرد که ویژگی هایی را از دست داده اند ــ حفره بدنی از بین رفته در کرم های گرد یا استخوان های تحلیل رفته دم در خودمان را در نظر بگیرید.) دان می گوید: «به نظر می رسد در سرتاسر درخت جانوران هم از منافع پیچیدگی بهره برده شده و هم از منافع سادگی.»

کارشناسان دیگر این بررسی جدید را ستوده اند. ماکسیمیلیان تلفورد(M.Telford) از یونیورسیتی کالج لندن در ژورنال «سلول تکوینی» نوشت: «این بررسی با آنکه آشکارا حرف آخر نیست، شاهکار تبارشناسی جانوری است.» دان پیش بینی می کند که ژنومیک مقایسه ای به روشن شدن خویشاوندی های میان سایر گروه های عمده گونه ها، همچون گیاهان و باکتری ها، کمک خواهد کرد. با کاهش قیمت ها و بهبود روش ها، کل درخت حیات پیوسته روشن تر خواهد شد. دانشمندان خواهند توانست برای ردیابی تاریخ هریک از ژن ها از این درخت استفاده کنند. بعضی از آن ژن ها انسان را در برابر بیماری هایی نظیر دیابت و چاقی آسیب پذیر می سازند. ژن های دیگر که در میان باکتری ها مشترک اند، خطر آنها برای سلامتی ما را تشدید می کنند. کامپیوترها و ردیف یاب های DNA نمی توانند جای کار دشوار جست وجو برای تنوع حیات را بگیرند. دان می گوید: «اگر در مورد درک چگونگی خویشاوندی تمام چیزها با همدیگر جدی باشیم، چالش واقعی همانی خواهد بود که طبیعی دانان ۲۰۰ سال پیش با آن روبه رو شدند.» تنگنایی که دان پیش بینی می کند، نیاز به یافتن گونه های بیشتر است.

Globe Correspondent, Apr.۲۸, ۲۰۰۸

کارل زیمر

کاوه فیض‌اللهی