دراسة جديدة تتحدى نظرية علم الأحياء لمدة 60 عامًا

يتحدى بحث جديد الفكرة القديمة القائلة بأن معظم الطفرات الجينية الثابتة محايدة.

لسنوات عديدة، اعتقد العلماء الذين يدرسون التطور أن معظم التغيرات الجينية التي تؤثر على كيفية تطور الجينات والبروتينات هي في الأساس محايدة. وكان يُعتقد أن هذه الطفرات ليست ضارة ولا مفيدة، مما يسمح لها بالمرور عبر الانتقاء الطبيعي دون إشعار كبير.

دراسة جديدة من جامعة ميشيغان يتحدى هذا الرأي الذي طال أمده.

مثل صِنف تتطور الطفرات، وأحيانًا تصبح ثابتة، مما يعني أن كل فرد من أفراد المجتمع يحمل في النهاية نفس التغيير. تقول النظرية المحايدة للتطور الجزيئي أن معظم الطفرات الثابتة تقع ضمن هذه الفئة المحايدة. من المتوقع إزالة الطفرات الضارة عن طريق الانتقاء الطبيعي، وتعتبر الطفرات المفيدة غير شائعة لدرجة أنه يجب أن تهيمن التغييرات المحايدة، كما يوضح عالم الأحياء التطوري جيانزي تشانغ.

وقد شرع تشانغ وفريقه في اختبار هذا الافتراض. وكشف تحليلهم أن الطفرات المفيدة تظهر في كثير من الأحيان أكثر مما تسمح به النظرية المحايدة. وفي الوقت نفسه، فإن المعدل الفعلي الذي تصبح به الطفرات ثابتة منخفض جدًا بحيث لا يتناسب مع العدد الكبير من التغييرات المفيدة التي وثقها الباحثون.

التحولات البيئية ومصير الطفرات

ولتفسير عدم التطابق في نتائجهم، يقترح الباحثون أن الطفرة التي تساعد كائنًا حيًا في بيئة واحدة يمكن أن تصبح ضارة عندما تتغير الظروف. ونظرًا لأن البيئات تتغير في كثير من الأحيان، فقد تختفي هذه الطفرات المفيدة قبل أن يتوفر لها الوقت الكافي لتصبح ثابتة في مجتمع ما. العمل بتمويل من الولايات المتحدة المعاهد الوطنية للصحة، يظهر في المجلة بيئة الطبيعة والتطور.

قال تشانغ، أستاذ علم البيئة والبيولوجيا التطورية في جامعة ميريلاند: “نحن نقول إن النتيجة كانت محايدة، لكن العملية لم تكن محايدة”. “يشير نموذجنا إلى أن المجموعات السكانية الطبيعية لا تتكيف حقًا مع بيئاتها لأن البيئات تتغير بسرعة كبيرة، والسكان يطاردون البيئة دائمًا.”

يقول تشانغ إن نظريتهم الجديدة، التي تسمى التتبع التكيفي مع تعدد الأشكال العدائية، تخبرنا شيئًا عن مدى تكيف جميع الكائنات الحية مع بيئاتها.

“أعتقد أن هذا له آثار واسعة النطاق. على سبيل المثال، البشر. لقد تغيرت بيئتنا كثيرًا، وقد لا تكون جيناتنا هي الأفضل لبيئة اليوم لأننا مررنا بالكثير من البيئات المختلفة الأخرى. وقال تشانغ: “قد تكون بعض الطفرات مفيدة في بيئاتنا القديمة، ولكنها غير متطابقة مع اليوم”.

“في أي وقت تراقب فيه مجموعة سكانية طبيعية، اعتمادًا على آخر مرة حدث فيها تغيير كبير في البيئة، قد تكون المجموعة السكانية غير متكيفة بشكل جيد للغاية أو قد تكون متكيفة بشكل جيد نسبيًا. لكننا ربما لن نرى أبدًا أي مجموعة سكانية تتكيف تمامًا مع بيئتها، لأن التكيف الكامل سيستغرق وقتًا أطول من أي بيئة طبيعية تقريبًا يمكن أن تظل ثابتة.”

من التشكل إلى الجزيئات

تم اقتراح النظرية المحايدة للتطور الجزيئي لأول مرة في الستينيات. في السابق، كان العلماء يدرسون التطور بناءً على مورفولوجيا ووظائف الأعضاء، أو مظهر الكائنات الحية. ولكن ابتداءً من ستينيات القرن العشرين، أصبح العلماء قادرين على البدء في تحديد تسلسل البروتينات، ثم الجينات لاحقًا. وهذا ما دفع الباحثين إلى النظر إلى التطور على المستوى الجزيئي.

لقياس معدلات الطفرات المفيدة، قام تشانغ وزملاؤه بدراسة مجموعات بيانات المسح الطفري العميقة الكبيرة التي أنتجها مختبره ومختبراته الأخرى. في هذا النوع من المسح، أنشأ العلماء العديد من الطفرات على جين معين أو منطقة معينة من الجينوم في الكائنات الحية النموذجية مثل الخميرة والإشريكية القولونية.

ثم تابع الباحثون الكائن الحي على مدى أجيال عديدة، وقارنوه بالنوع البري، أو النسخة الأكثر شيوعًا الموجودة في الطبيعة، من الكائنات الحية. وقد سمح ذلك للباحثين بقياس نموها ومقارنة معدل نموها بالنوع البري، وبهذه الطريقة قاموا بتقدير تأثير الطفرة.

ووجدوا أن أكثر من 1% من الطفرات مفيدة، وهي أكبر بكثير مما تسمح به النظرية المحايدة. هذه الكمية من الطفرات المفيدة من شأنها أن تؤدي إلى أن أكثر من 99٪ من التثبيتات مفيدة ومعدل تطور الجينات أعلى بكثير من المعدل الذي لوحظ في الطبيعة. أدرك الباحثون أنهم ارتكبوا خطأً في افتراض أن بيئة الكائن الحي ظلت ثابتة.

وضع البيئات المتغيرة على المحك

للتحقيق في آثار البيئة المتغيرة، قام فريق تشانغ البحثي بمقارنة مجموعتين من الخميرة. تطورت مجموعة واحدة في بيئة ثابتة لمدة 800 جيل (كل جيل استمر 3 ساعات)، بينما تطورت المجموعة الثانية في بيئة متغيرة، في هذه الحالة تتكون من 10 أنواع مختلفة من الوسائط، أو المحاليل، التي نمت فيها الخميرة. نمت مجموعة الخميرة الثانية في الوسط الأول لمدة 80 جيلًا، وفي الوسط الثاني لمدة 80 جيلًا آخر، وهكذا، ليصبح المجموع 800 جيل أيضًا.

ووجد الباحثون أن هناك طفرات مفيدة أقل بكثير في المجموعة الثانية مقارنة بالمجموعة الأولى. وعلى الرغم من حدوث الطفرات المفيدة، إلا أنها لم تتح لها الفرصة للإصلاح قبل أن تتغير البيئة.

قال تشانغ: “من هنا يأتي التناقض. بينما نلاحظ الكثير من الطفرات المفيدة في بيئة معينة، فإن تلك الطفرات المفيدة ليس لديها فرصة للإصلاح لأنه مع زيادة تواترها إلى مستوى معين، تتغير البيئة”. “تلك الطفرات المفيدة في البيئة القديمة قد تصبح ضارة في البيئة الجديدة.”

ومع ذلك، يقول تشانغ إن هناك تحذيرًا: فالبيانات التي استخدموها جاءت من الخميرة والإشريكية القولونية، وهما كائنان حيان وحيدا الخلية حيث من السهل نسبيًا قياس تأثيرات الطفرات على اللياقة البدنية. إن بيانات المسح الطفري العميق التي تم جمعها من الكائنات متعددة الخلايا ستحدد ما إذا كانت النتائج التي توصلوا إليها من الكائنات وحيدة الخلية تنطبق على الكائنات متعددة الخلايا مثل البشر. بعد ذلك، يخطط الباحثون لإجراء دراسة لفهم سبب استغراق الكائنات الحية وقتًا طويلاً للتكيف بشكل كامل مع بيئة ثابتة.

المرجع: “يؤدي التتبع التكيفي مع تعدد الأشكال العدائي إلى تطور جزيئي محايد على ما يبدو” بقلم سيليانج سونج، وبياوبياو تشين، وزوكانج شين، وجيانزي تشانغ، 14 نوفمبر 2025، بيئة الطبيعة والتطور.
دوى: 10.1038/s41559-025-02887-1

تم تمويل الدراسة من قبل المعاهد الوطنية للصحة.

لا تفوت أي اختراق: انضم إلى النشرة الإخبارية SciTechDaily.
تابعونا على جوجل, يكتشف، و أخبار.