علت تفاوت گونه‌های مختلف چیست

اکثر زیست‌شناسان تکاملی براساس قابلیت تولیدمثل، گونه‌ها را از هم جدا می‌کنند: اعضای گونه‌های مختلف نمی‌توانند با همدیگر جفت‌گیری کنند یا اگر چنین چیزی اتفاق بیفتد، فرزندان حاصل اغلب نابارور بوده، قدرت زنده‌مانی نداشته یا دچار مشکلاتی در ارتباط با شایستگی هستند.

در طول قرن بیستم، دانشمندان اعتقاد داشتند که این ناسازگاری تولیدمثلی به‌تدریج بین گونه‌ها به‌عنوان یک محصول فرعی از سازگاری با شرایط اکولوژیکی مختلف، تکامل پیدا کرده است: اگر دو گونه از لحاظ جغرافیایی از هم جدا شده باشند، تفاوت‌هایی براساس محیطی که در آن قرار گرفته‌اند، در آن‌ها ایجاد می‌شود.

اما پژوهش جدیدی که در دانشگاه روچستر با همکاری دانشگاه نبراسکا انجام شده است، نشان می‌دهد که عوامل بیشتری در این زمینه نقش دارند. یکی از عوامل مهم، حضور ژن‌های خودخواهیاست که عناصر انحراف میوزی نامیده می‌شوند و جریان آن‌ها در میان گونه‌ها می‌تواند تعیین کند که آیا آن دو گونه از لحاظ ژنتیکی از هم فاصله خواهند گرفت و یا اینکه به هم نزدیک خواهند شد.

پژوهشگران در پی یافتن ژن‌های وابسته به کروموزوم X که موجب ناباروری در جنس نر می‌شوند، از نشانگرهای ژنتیکی برای ردیابی حرکت قطعاتی از کروموزوم X بین دو گونه از مگس سرکه استفاده کردند. نشانگرهای ژنتیکی که روی رنگ چشم مگس سرکه اثر می‌گذارند، روی کروموزوم X قرار گرفته‌اند. بنابراین پژوهشگران کار خود را با گونه‌ای از مگس سرکه به نام دروزوفیلا موریتیانا (Drosophila mauritiana) که دارای دو نشانگر ژنتیکی است (دارای چشم‌های قرمز تیره) آغاز کردند و آن‌ را با گونه‌ی دروزوفیلا سیمولانس (Drosophila simulans) چشم سفید تلاقی دادند.

در این مطالعه پژوهشگران نشان می‌دهند که روند ایجاد ناسازگاری ژنتیکی بین گونه‌ای در کروموزوم‌های جنسی سریع‌تر از دیگر کروموزوم‌ها است. هنگامی که دو عضو از یک گونه جفت‌گیری کرده و ماده‌ی ژنتیکی را با هم مبادله می‌کنند، به این امر جریان ژنی گفته می‌شود. اما زمانی که دو عضو از دو گونه‌ی مختلف با هم جفت‌گیری می‌کنند، جریان ژنی کاهش پیدا می‌کند. داون پرسگراوز استاد بیولوژی دانشگاه روچستر می‌گوید:

ژن‌های یک گونه به‌سادگی نمی‌توانند با ژن‌های دیگر گونه‌ها ارتباط برقرار کنند.

اگرچه ژن‌ها ممکن است در پشت‌صحنه‌ی ژنتیکی خودشان به‌خوبی عمل کنند، ولی وقتی آن‌ها به پشت‌صحنه‌ی ژنتیکی گونه‌ی دیگری وارد می‌شود، دارای پیامدهای منفی هستند. تمام کپی‌های ژن موجود در ژنوم من و شما در ژنوم انسانی کار می‌کند اما اگر ژنی از شما گرفته شود و وارد ژنوم موجود دیگری مثلا طوطی مکائو شود، این توالی که قبلا در او دیده نشده، ممکن است با دیگر ژن‌ها کار نکند. نتیجه‌ی این کار ممکن است نوعی ضعف عملکرد نظیر ناباروری باشد.

یکی از مراحل مهم در مسیر ایجاد جدایی کامل تولیدمثلی بین دو گونه این است که ابتدا مجموعه‌ی کروموزومی XY نابارور می‌شود. در مگس‌های سرکه نیز همچون انسان، XY جنس نر است.

کروموزم‌ها به دو گروه دسته‌بندی می‌شوند: آلوزم‌ها یا کروموزوم‌های جنسی و آتوزوم‌ها یا کروموزوم‌های غیرجنسی یا بدنی. صفات ژنتیکی مرتبط با جنس از طریق کروموزوم‌های جنسی منتقل می‌شوند. بقیه‌ی اطلاعات توارثی ژنتیکی از طریق کروموزوم‌های غیرجنسی منتقل می‌شوند. هنگامی‌که پژوهشگران عواملی را مکان‌یابی کردند که موجب نابارور شدن نرهای آمیخته می‌شد، دریافتند که در مقایسه با کروموزوم‌های غیرجنسی، عوامل ناسازگاری بسیار بیشتری روی کروموزوم X قرار دارند. این بدان معناست که کروموزوم‌های جنسی از لحاظ عملکردی سریع‌تر از کروموزوم‌های غیرجنسی دچار تمایز می‌شوند. میزان تبادل ژنتیکی در کروموزوم‌های غیرجنسی بسیار بیشتر از کروموزوم X بود.

چه چیزی باعث می‌شود که کروموزوم‌های جنسی ناسازگاری‌های ژنتیکی را سریع‌تر از بقیه‌ی ژنوم در خود جمع کنند؟

پژوهشگران دریافتند که گروهی از ژن‌های خودخواه که عناصر انحراف میوزی نامیده می‌شوند، مسئول ایجاد ناسازگاری ژنتیکی سریع در کروموزوم‌های جنسی هستند. به‌طور کلی ژن‌های خودخواه انگل‌های ژنوم هستند؛ آن‌ها خود را با هزینه‌ی دیگر ژن‌ها تکثیر می‌کنند.

عناصر انحراف میوزی قوانین توارثی عادی را بر هم می‌زنند: در توارث مندلی عادی، یک ژن به نیمی از فرزندان منتقل می‌شود ولی عناصر انحراف میوزی تولیدمثل را دستکاری می‌کنند، بنابراین می‌توانند خود را بیشتر از سهم منصفانه‌ی خود از ژنوم انتقال دهند. در مگس‌های سرکه‌ی نر آمیخته، عناصر انحراف میوزی معمولا هر اسپرمی را که حامل آن‌ها نباشند، می‌کشند و تنها (یا عمدتا) اسپرم‌هایی را که حامل عناصر انحراف میوزی هستند به‌جای می‌گذارند. کولین میکلجان پژوهشگر آزمایشگاه پرسگراوز گفت:

احتمالا در فرد آمیخته چندین عنصر انحراف میوزی از هر دو گونه‌ی والدی وجود دارند که سرکوب نشده و عمل توام آن‌ها موجب ناباروری می‌شود.

جالب اینجا است که طی این مطالعات پژوهشگران دریافتند که اگر عناصر انحراف میوزی قادر به تجربه‌ی جریان ژنی باشند، آن‌ها می‌توانند موجب نزدیک شدن گونه‌ها با هم شوند. در ابتدای فرایند گونه‌زایی، زمانی که دو گونه‌ در آغاز جدا شدن از یکدیگر هستند، ناسازگاری تولیدمثلی می‌تواند ناقص و ضعیف باشد و هنوز بخش‌هایی از ژنوم ممکن است سازگار و قابل تبادل باشد. پرسگراوز می‌گوید:

اگر از این نظر در دو جمعیت رخنه‌ای وجود داشته باشد، فرصتی برای جریان ژنی به‌وجود می‌آید؛ یک ژن خودخواه می‌تواند وارد جمعیت دیگر شود و در آنجا انتشار پیدا کند. اگر گونه‌های مختلف با هم تلاقی پیدا کنند و ژن خودخواه قادر به انتقال به ژنوم دیگر شود، به‌جای ناسازگار شدن، آن بخش از ژنوم کاملا قابل تبادل می‌شود. در برخی از موارد یک ژن خودخواه اساسا ناسازگاری‌های تجمع یافته در بخشی از ژنوم را پاک می‌کند.

درواقع می‌توان گفت اگر عناصر انحراف میوزی دچار جریان ژنی نشوند، موجب ایجاد ناسازگاری‌هایی بین گونه‌ها می‌شوند ولی اگر جریان ژنی را تجربه کنند، می‌توانند موجب نزدیک شدن گونه‌ها به هم شوند. یک عامل در تعیین سازگاری ژنتیکی گونه‌ها این است که آیا جریان ژنی بین گونه‌ها وجود دارد یا نه. پرسگراوز می‌گوید:

گونه‌ها حتی آن‌هایی که از لحاظ جغرافیایی از هم جدا شده‌اند، نسبت‌به آنچه ما تصور می‌کنیم، نفوذپذیرتر هستند.