عندما تفقس اليرقة من بيضتها، فإنها تقضي الأسابيع القليلة الأولى من حياتها في تناول الطعام بقدر ما تستطيع جسديًا. ثم تتدلى رأسًا على عقب من ورقة أو ساق وتتخلص من جلدها الخارجي لتكشف عن شرنقتها. وفي الداخل، يتحلل جسم اليرقة، وتبدأ خلايا متخصصة تسمى الأقراص التخيلية في تشكيل إطار الفراشة التي ستظهر. وفي غضون أسابيع، سيكون جاهزًا للتزاوج وبدء العملية من جديد.

عملية التحول أمر غريب جدًا، ويبدو تقريبًا مثل الخيال العلمي. إذًا كيف تطورت دورة الحياة الغريبة هذه في المقام الأول؟

الجواب يعود إلى الوراء قبل 480 مليون سنة، إلى الأول الحشرات على الأرض. ولم تخضع هذه الحشرات لتغيرات متحولة كبيرة طوال حياتها، تشير الأدلة الأحفورية; لقد خرجوا ببساطة من بيضهم كنسخ أصغر من ذواتهم البالغة. مع تقدمهم في السن، قاموا بطرح جلدهم لينمو بشكل أكبر وأكبر. واليوم، لا تزال هناك بعض الحشرات التي لا تخضع لعملية التحول، مثل السمكة الفضية (ليبيسما السكرينوم) والقفز الخشن (بالترتيب Archaeognatha).

ولكن وفقا ل جيمس ترومان، عالم الأحياء والأستاذ الفخري في جامعة واشنطن، تغير شيء ما منذ 400 مليون سنة. صغير الوراثية تسببت الطفرات في ظهور مراحل الحشرات البالغة والأحداث بشكل مختلف – وهي ظاهرة تسمى التحول غير الكامل. بدلًا من الفقس كنسخ صغيرة من ذواتها البالغة، تبدأ الحشرات التي تخضع لتحول غير مكتمل – تسمى الحشرات النصفية التمثيلية – حياتها فيما يسمى بمرحلة الحورية.

لا تزال الحوريات تشبه أقاربها البالغين تقريبًا، ولكن لديها أيضًا منصات صغيرة حيث تنمو الأجنحة. في كل مرة تنسلخ فيها الحورية، تتطور وسادات الأجنحة بشكل أكبر، حتى يكشف الانسلاخ النهائي عن أجنحة بالغة وظيفية. هذه الأجنحة هي التي جعلت التحول غير المكتمل خطوة تطورية كبيرة إلى الأمام بالنسبة للحشرات – الأجنحة حساسة للغاية لدرجة أنه سيكون من الصعب أن تفقس بأجنحة كاملة الوظائف، لذلك كان من الأسهل على الأجنحة أن تتطور مع الحشرات طوال حياتها.

وقال ترومان إنه بعد حوالي 50 مليون سنة أخرى، أدت المزيد من الطفرات الجينية إلى تغيير المراحل المبكرة من حياة الحشرات بشكل أكبر. خلقت هذه التحولات الجينية حشرات كاملة التمثيل، وهي حشرات تخضع للتحول الكامل. وبدلاً من أن تفقس بيضها على شكل حوريات، بدأت هذه الحشرات في الظهور على شكل يرقات، وهي مخلوقات تشبه الديدان ولا تشبه والديها على الإطلاق.

وقال ترومان لموقع Live Science: “إن هوية الوالدين لا تنعكس بأي حال من الأحوال على هوية الصغار. لا يوجد أي تشابه على الإطلاق”. “إن المصطلح (اللاتيني) لـ “اليرقة” يعني “القناع”، وفي الواقع، فإن مرحلة اليرقات تخفي مرحلة البلوغ.”

الفوائد التطورية

اليوم هناك حوالي 5.5 مليون نوع من الحشرات على الأرض، وأكثر من 80٪ منهم يخضعون لتحول كامل. من المحتمل أن يكون التحول قد حقق مثل هذا النجاح لأنه يوفر للحشرات العديد من المزايا التطورية، أولها الطيران. كانت الحشرات النصفية التمثيلية هي أول الحيوانات التي طورت أجنحة وظيفية، وقد حلقت في السماء قبل وقت طويل من قيام أي فقاريات بذلك.

وقال ترومان: “على مدى 100 مليون سنة، كان الهواء بمثابة ملعب للحشرات”. “إنها القدرة التي سمحت للحشرات بالسيطرة.”

التحول الكامل له مزايا أكثر. نظرًا لأن مراحل حياة اليرقات والبالغين مختلفة جدًا، يمكن للأحداث والبالغين التخصص في أشياء مختلفة؛ بشكل عام، تقضي اليرقات معظم وقتها في الأكل، في حين أن الحشرات البالغة تهتم أكثر بالتكاثر. وفي بعض الحالات، يكون البالغون من بعض الأنواع، مثل العث لونا (أكتياس القمر)، ليس لديهم حتى أفواه وظيفية؛ بعد التحول، يقضون بقية حياتهم حياة قصيرة العثور على رفيقة وعدم تناول الطعام مرة أخرى.

وقال ترومان إن التحول يجلب أيضًا فوائد تتعلق بالمنافسة على الموارد، لأن البالغين واليرقات يمكنهم تناول وجبات مختلفة تمامًا. في العديد من الأنواع، غالبًا ما تتغذى اليرقات على موارد قصيرة الأمد، مثل الجثث والديدان، بينما تتغذى اليرقات البالغة على موارد طويلة الأمد، مثل الرحيق. وهذا يعني أن اليرقات والصغار لا يتنافسون على نفس الطعام، لذلك يمكن لأعداد أكبر من كل فئة عمرية البقاء على قيد الحياة.

في حين أن المزايا التطورية للتحول الكامل واضحة، فإن تفاصيل كيفية تطور هذه العملية المعقدة لأول مرة تظل غامضة.

“هناك مدرستان رئيسيتان” كزافييه روس الجميلةوقال باحث شرفي في مجلس البحوث الوطني الإسباني لموقع Live Science في رسالة بالبريد الإلكتروني.

إحدى الأفكار، التي يدعمها بيليس روس، تقترح أن التحول الكامل قد تطور مع انقسام مرحلة الحورية إلى مرحلتي اليرقات والعذارى. يجادل المعسكر المعارض، بدعم من الباحثين بما في ذلك ترومان، بأن مرحلة اليرقات نشأت من مرحلة جنينية تعرف باسم الحورية، وهي المرحلة القصيرة التي تبدأ فيها الحشرة بالخروج من بيضتها لأول مرة.

يعرف العلماء بعض الجينات الرئيسية التي تتحكم في مراحل اليرقات والعذارى والبالغين في الحشرات مع التحول الكامل. وقال ترومان: “يبدو أن كل مرحلة يتم التحكم فيها بواسطة جين تنظيمي رئيسي”. وما يبقى غير واضح هو كيفية عمل تلك الجينات نفسها في الحشرات الأبسط التي تتطور دون مثل هذه التحولات الجذرية.

ومع ذلك، يقول الباحثون إن أسرار التحول الدائمة هي جزء من جاذبيتها.

قال بيليس روس: “بعد 30 عامًا من العمل معه (وما زلت أعمل)، لم أكشف سوى عن بعض الألغاز”. “لا يزال هناك الكثير من العمل الذي يتعين القيام به، وهو العمل الذي ينبغي أن يكون رائعا للأجيال القادمة من علماء الحشرات.”

مسابقة التطور: هل يمكنك بطبيعة الحال اختيار الإجابات الصحيحة؟