بدأ تطور الحيوانات المنوية حتى قبل ظهور الحيوانات متعددة الخلايا

يمكن إرجاع النسب التطوري للحيوانات المنوية إلى كائن وحيد الخلية كان السلف المشترك لجميع الحيوانات الحية.

تتكاثر جميع الحيوانات تقريبًا من خلال مرحلة الخلية الواحدة في دورة حياتها، والتي تتمثل في نوعين من الخلايا الإنجابية، أو الأمشاج. البيض عبارة عن خلايا كبيرة تحتوي على مادة وراثية وإمدادات من العناصر الغذائية اللازمة للتطور المبكر للجنين. تؤدي الحيوانات المنوية مهمة مختلفة: يجب أن تترك جسم أحد الوالدين، وتجد البويضة وتندمج معها لتشكل اللاقحة.

يقول عالم الأحياء التطوري آرثر مات من جامعة كامبريدج: “تحمل الحيوانات المنوية في داخلها الآلية التي تسمح بانتقال الحياة من جيل إلى جيل. وهي تحمل آثارًا لأكثر من 700 مليون سنة من التطور، ومن المرجح أن تاريخها يرتبط ارتباطًا وثيقًا بأصل الحيوانات. أردنا إعادة بناء هذا التاريخ التطوري الطويل لفهم من أين جاءت الحيوانات المنوية”.

استخدم مات وزملاؤه بيانات من قواعد البيانات العلمية المفتوحة التي تحتوي على معلومات حول البروتينات التي تشكل الحيوانات المنوية في 32 نوعًا من الحيوانات، بما في ذلك البشر. وتمت مقارنة هذه البيانات مع جينومات 62 كائنًا حيًا، بما في ذلك بعض المجموعات وحيدة الخلية المرتبطة بالحيوانات، مما سمح لهم بتتبع تنوع الحيوانات المنوية عبر سلالات تطورية مختلفة.

تم نشر نتائج الدراسة كطبعة أولية بتاريخ com.bioRxiv. لقد أظهروا أن جينوم ما يسمى بـ “الحيوانات المنوية العالمية الأخيرة” يتكون من حوالي 300 عائلة جينية تشكل “مجموعة أدواتها” الأساسية.

يقول مات: “لقد رأينا أن العديد من المكونات الرئيسية لجهاز الحيوانات المنوية تشكلت قبل ظهور الحيوانات متعددة الخلايا، أي قبل وقت طويل من ظهور الحيوانات المنوية نفسها كما نفهمها اليوم”.

يشير هذا إلى أن الآلية الأساسية للحيوانات المنوية – “السوط الذي يغذي خلية واحدة” – تطورت قبل ظهور الحياة الحيوانية متعددة الخلايا.

ويترتب على ذلك أن أسلافنا البعيدين كانوا ذات يوم خلايا واحدة تطفو في المحيط، وقد تم تشكيل جهاز الحيوانات المنوية لأول مرة في مثل هذا الكائن الحي ذو الخلية الواحدة قبل فترة طويلة من ظهور الحيوانات.

يؤكد الباحث: “عندما طورت الحيوانات تعدد الخلايا والتخصص الخلوي، فإنها لم تخترع الحيوانات المنوية من الصفر، بل أعادت استخدام “تصميم” أسلافها الذين كانوا يسبحون كأساس لذلك. وبعبارة أخرى، فإن الحيوانات المنوية ليست ابتكارًا للحياة متعددة الخلايا، بل إنها مبنية على أساس “تصميم” خلية واحدة، أعيد استخدامه لمهام التكاثر”.

وتبين أيضًا أن الابتكارات التطورية التي أدت إلى التنوع الهائل للحيوانات المنوية الحديثة أثرت بشكل أساسي على رأس الخلية، و لم يتغير الذيل تقريبًا منذ زمن السلف المشترك.

هناك العديد من استراتيجيات الإخصاب: يلتقي بعض الحيوانات المنوية بالبويضة داخل الجسم، بينما يسبح البعض الآخر في المياه المفتوحة، كما تقول أدريا ليبوف، من جامعة كامبريدج، التي قادت الدراسة. وتوضح قائلة: “إن العثور على بيضة في مثل هذه الظروف المختلفة هو مهمة مختلفة تتطلب معدات جزيئية مختلفة. ولكن أينما حدث ذلك، فلا يزال يتعين عليك السباحة، وبالتالي فإن الذيل متحفظ تمامًا”.

تقول البروفيسور جيني جريفز من جامعة لا تروب في أستراليا: “هذا مثال رائع على كيفية عمل التطور من خلال إعادة بناء ما هو موجود بالفعل، بدلا من اختراع آليات من الصفر”.