أصل الأنواع

أجرى علماء الأحياء من جامعة تورنتو (كندا) تجارب على الانتواع الاصطناعي مع الخميرة. في السابق ، في مثل هذه التجارب ، حاولوا (وأحيانًا بنجاح) الحصول على عزل ما قبل السلوك ، أي إحجام ممثلي الخطوط المتباينة عن التزاوج مع بعضهم البعض.

هذه المرة كان من الممكن الحصول على عزل ما بعد الزيجوت ، أي انخفاض في صلاحية الهجينة. نمت الخميرة على مدى 500 جيل في ظل ظروف غير مواتية متناقضة من الملوحة العالية أو محتوى الجلوكوز المنخفض ، تبين أنها معزولة عن بعضها البعض ومن خط الأسلاف.

لطالما حلم علماء الأحياء بتكرار عملية الانتواع في المختبر. تم إحراز تقدم كبير في هذا المجال ، وإذا لم يعلن أحد رسميًا حتى الآن رسميًا عن إنشاء اصطناعي لـ "نوع جديد حقيقي" ، فذلك فقط لأن معايير مفهوم "الأنواع" غامضة جدًا ، وبعضها المعايير المستخدمة ، من حيث المبدأ ، لا تسمح لنا بتسمية أي سلالة تمت تربيتها في المختبر (سلالة ، تنوع ، سلالة).

على الرغم من وجود أي عدد من "الأنواع الجيدة" في الطبيعة القادرة على التزاوج فيما بينها وإنتاج نسل هجين خصب ، إلا أن العزلة الإنجابية لا تزال تعتبر المعيار الرئيسي لنوع الكائنات الحية التي تتكاثر جنسيًا. على ذلك تتركز جهود علماء الأحياء ، وإجراء تجارب على الأنواع الاصطناعية.

في معظم هذه التجارب ، تخضع سلالات مختلفة من الكائنات التجريبية لانتقاء متعدد الاتجاهات (على سبيل المثال ، يتم وضعها في ظروف غير مواتية متناقضة وتنمو لعدة عشرات من الأجيال) ، ثم يتطلعون لمعرفة ما إذا كانوا قد منعوها من التهجين.. يجب أن أقول أنه في بعض الأحيان يكون الصيد محبطًا حقًا ، وتبدأ الحيوانات في تفضيل شركائها "" كشركاء في التزاوج ، أي أولئك الذين تعرض أسلافهم لنفس الاختيار ، وتكييفهم مع نفس الظروف (انظر: تجارب على الانتواع الاصطناعي). في هذه التجارب ، تمت دراسة أصل العزلة ما قبل الزيجوت (العزلة قبل الإخصاب ، قبل تكوين الزيجوت).

لكن يمكن أيضًا أن تكون العزلة بعد الزيجوت. هذا يعني أن الأفراد يتزاوجون ، يحدث الإخصاب ، لكن النسل الهجين إما يموت ، أو يتضح أنه عقيم ، أو لديه قابلية منخفضة للبقاء بشكل حاد. في مثل هذه الحالة ، يصبح التهجين مع الغرباء غير مربح للغاية ، وهذا بدوره ، يمكن أن يصبح شرطًا أساسيًا للتطور التدريجي للعزلة ما قبل الزهرة (الاختيار سيفضل الأفراد الذين يتزاوجون فقط مع "الأصدقاء").

هناك عدد قليل جدًا من التجارب التي توضح تطور العزلة اللواقح. أفاد المؤلفون أنهم على دراية بعمل واحد فقط من هذا القبيل تم إجراؤه على ذبابة الفاكهة في عام 1980 (أوليفيرا ، كورديرو. "تكيف المجموعات التجريبية من ذبابة الفاكهة ويليستوني مع متوسط درجة الحموضة القصوى II. تطوير العزلة الإنجابية الأولية" // الوراثة. 1980. V. 44 ص 123-130). من الغريب أنه لم يتم ذكر أعمال عالم الحشرات السوفيتي جورجي خريستوفوروفيتش شابوشنيكوف ، الذي حصل على نتائج مماثلة في التجارب مع حشرات المن (Shaposhnikov G. Kh. "التباعد المورفولوجي والتقارب في تجربة مع حشرات المن (Homoptera ، Aphidenea)" مراجعة 1965. T 44. No. 1. P. 3–25) ، ولكن هذا حدث تمامًا: نادرًا ما تُقرأ المجلات العلمية السوفيتية (والروسية حاليًا) في الغرب.

اختار الباحثون الخميرة Saccharomyces cerevisae كموضوع لهم. مثل حشرات المن ، تتكاثر الخميرة جنسيًا ولاجنسيًا (انظر الشكل) ، مع الاختلاف في أن التكاثر اللاجنسي في حشرات المن يتم عن طريق التوالد العذري (التطور من البيض غير المخصب) ، وفي الخميرة عن طريق التبرعم. تم إنتاج اثني عشر مجتمعًا تجريبيًا من خلية أبوية ثنائية الصبغيات.في البداية ، كانوا جميعًا متطابقين وراثيًا ، ولكن لاحقًا ، نتيجة للطفرات والاختيار ، كان بإمكانهم تراكم الاختلافات. تمت تربية السكان على مدى 500 جيل في ظل ظروف غير مواتية: 6 مجموعات مع زيادة الملوحة ، 6 - في وسط "ضئيل" مع محتوى منخفض من الجلوكوز. استمر خط التحكم (الأسلاف) في النمو في بيئة طبيعية.

بعد ذلك ، فحص العلماء ما إذا كان هناك تكيف ، أي ما إذا كان السكان التجريبيون قد أصبحوا أكثر تكيفًا مع بيئاتهم مقارنة بأسلافهم. تم تقييم اللياقة من خلال معدل التكاثر اللاجنسي (التبرعم) للخلايا المنافسة مع خط الأسلاف. على سبيل المثال ، لقياس مدى ملاءمة المجموعة "المالحة" (S) ، تم وضع عدد متساوٍ من الخلايا "المالحة" وخلايا الأجداد (P) في بيئة مالحة ، وبعد يوم واحد ، نظرنا إلى الخلايا التي لديها المزيد من الوقت شارك.

اتضح أن التكيف حدث بالفعل في جميع الخطوط الاثني عشر ، على الرغم من اختلاف قيمة الملاءمة. تكيفت الخميرة بشكل عام مع بيئة مالحة أفضل إلى حد ما من بيئة جائعة.

أصبح من الممكن الآن المضي قدمًا في الجزء الأكثر أهمية من التجربة - لتحديد العزلة اللاحقة للوجع ، إن وجدت. حصل الباحثون على ذرية هجينة بعبور كل من الخطوط S بأحد الخطوط "الجائعة" (M). وهكذا ، في المجموع ، تم الحصول على 6 سلالات من الهجينة S / M "المتعطشة للملح". بالإضافة إلى ذلك ، تم الحصول على الهجينة لكل من 12 سطرًا مع أسلاف (S / P و M / P hybrids). اتضح أن خطوط S و M النقية تتكيف بشكل أفضل مع بيئاتها من أي خطوط هجينة. لذلك ، فإن العزلة بعد الزيجان واضحة.

تجلت قابلية بقاء الهجينة S / M أيضًا في انخفاض حاد (ضعفين تقريبًا) في "الكفاءة الانتصافية" ، أي القدرة على تكوين الأبواغ في ظل ظروف مناسبة.

مكّن وجود خطوط هجينة مختلفة من فهم بعض تفاصيل الآليات التي أدت إلى تقليل صلاحية الهجينة.

إذا كان تكيف السكان مع بيئاتهم ناتجًا فقط عن تراكم الطفرات المفيدة التي تظهر بشكل مستقل عن بعضها البعض ، فيجب أن تكون ملاءمة الأنواع الهجينة من الأنواع المختلفة متماثلة تقريبًا. على سبيل المثال ، في بيئة مالحة ، يجب أن تظهر الهجينة S / M و S / P نفس اللياقة (أو عدم الملاءمة). ومع ذلك ، تبين أن هذا ليس هو الحال. كان أداء الهجينة S / P في البيئات المالحة أفضل بشكل ملحوظ من S / M (وإن كان أسوأ بكثير من خط S النقي). نفس الشيء ، وإن كان بدرجة أقل ، ينطبق أيضًا على البيئة "الجائعة": هنا تبين أن M / P الهجينة أكثر تكيفًا من S / M في 5 حالات من أصل 6 ، ولكن في ثلاث حالات فقط كان الاختلاف ذات دلالة إحصائية.

يمكن تفسير هذه النتيجة بطريقتين. إما أن التكيف مع واحدة من البيئتين غير المواتيتين في حد ذاتها يقلل من القدرة على التكيف مع بيئة بديلة (تأثيرات متعددة الاتجاه ضارة للتكيف على اللياقة في البيئة البديلة) ، أو هناك ما يسمى بظهور عدائي بين مكونات الجينوم S و M ، هذه هي الجينات المسؤولة عن التكيف مع بيئات مختلفة تتداخل بطريقة أو بأخرى مع عمل بعضنا البعض. في الحالة الأولى ، يجب أن تنمو الخميرة من السطر S في بيئة جائعة أسوأ من P ، وفي بيئة مالحة ، يجب أن تنمو P بشكل أفضل من M. / P التي تلعب دورًا عدائيًا.

أظهرت الدراسة بوضوح أن الانتقاء متعدد الاتجاهات يمكن أن يؤدي إلى تكوين سريع إلى حد ما لعزلة إنجابية غير مكتملة بعد الزيجان.

سيكون من المثير للاهتمام للغاية معرفة ما إذا كانت نفس التكيفات أو تكيفات مختلفة نشأت في سلالات الخميرة التي تكيفت بالتوازي مع نفس البيئة (على سبيل المثال ، في ستة تجمعات "مالحة"). للأسف ، لا توجد إجابة واضحة على هذا السؤال في المقالة. صحيح ، لوحظ هناك أن الهجينة بين خطوط S المختلفة (وكذلك بين خطوط M المختلفة) لا تختلف اختلافًا كبيرًا في الملاءمة عن S و M.هذا يشهد لصالح حقيقة أن التكيفات نشأت في كثير من النواحي متشابهة ، على الأقل متوافقة وقابلة للتبادل. من ناحية أخرى ، اختلف مستوى اللياقة التي حققتها الخطوط المختلفة بشكل ملحوظ.