چه اتفاقی می‌افتد اگر فرگشت را بازپخش کنید؟

بیگ بنگ: گروهی از دانشمندان از دانشگاه آریزونا یک سوییچ بازپخش فوری را برای تکامل مهندسی کرده‌اند. این تکنیک که رستاخیز ژن اجدادی نامیده می‌شود ژن‌های باستانی را درون باکتری مدرن ای کولی(E coli) قرار می‌دهد و به محققان فرصت می‌دهد تا فرگشت(تکامل) را دوباره و دوباره نظاره کنند. با این کار، بینش‌هایی در مورد چگونگی فرگشت حیات بر روی زمین ابتدایی و همچنین بر روی سیارات دیگر بدست می‌آید.

به گزارش بیگ بنگ، “بتول کاچار” نویسنده‌ ارشد مطالعه و اخترزیست‌شناس در دانشگاه آریزونا به مجله‌ی اخترزیست‌شناسی گفت: «ارگانیسم‌ها حتی زمانیکه با یک ژن ضروری به قدمت ۷۰۰ میلیون سال مهندسی شده باشند، نیز خوب عمل خواهند کرد. این کار اثباتی است بر این مفهوم. سئوالات بعدی عبارتند از: چقدر می‌توانیم دور شویم؟ و آیا می توانیم انتظار داشته باشیم که این توالی‌ها به همان شکل قبلی فرگشت پیدا کرده و عمل کنند؟ فقط بخاطر اینکه این توالی‌ها شبیه هستند نمی‌توانیم بگوییم که ژن نیز به طور یکسان عمل خواهد کرد.» کاچار و همکارانش کار خود را در مجلۀ فرگشت مولکولی منتشر کردند.

در سال ۱۹۸۹، “استیون جی گلدگ” زیست‌شناس تکاملی معروف، یک آزمایش فرضی را پیشنهاد داد: اگر بتوانید زمان را از سر بگیرید و اجازه دهید فرگشت دوباره رخ دهد، آیا نتیجۀ نهایی شبیه حیات بر روی زمین به همین شکلی که می‌دانیم خواهد بود؟ برای چندین دهه، ایده‌ی «بازپخش نوار حیات» بعنوان یک سوالِ مطلقأ نظری باقی ماند و مباحث بی‌پایانی را در میان دانشمندان به راه انداخت. در عمق این بحث تنشی بین شانس و جبرگرایی به راه افتاد تا ببینند گذشتۀ یک ارگانیسم چگونه آینده‌ آن را محدود می‌کند.

تکامل تکنولوژی DNA نوترکیب – گرفتن ژن از یک ارگانیسم و درج آن در ژنوم یک ارگانیسم دیگر – فرصت‌هایی را برای محققان فراهم کرد تا به طور آزمایشی به سوال گلد پاسخ دهند. کاچار با مشاور خود “اریک گوچر” در جورجیا تِک بر روی پروژه‌ای با بودجه‌ ناسا کار کرد تا فرگشت را با باکتریوم آزمایشگاهیِ ای کولی بارها و بارها بازپخش کنند. کاچار ای کولی را از یک خراش فرگشت نداد، بلکه فرگشت یک پروتئین کلیدی خاص که باکتری‌ها برای بقا به آن نیاز دارند را از نو انجام داد.

یک ابزار باستانی برای ساخت پروتئین‌ها

در سال ۲۰۰۸، کاچار یک توالی ۵۰۰ میلیون ساله از یک ژن باکتریایی مهم به نام «فاکتور طول عمر Tu (EF-Tu) را بازسازی کرد که به عناصر سازندۀ آمینواسید را به شکل پروتئین‌های کامل کنار یکدیگر نگه می‌دارد. این نسخه از EF-Tu درست پس از انفجار کامبرین که حیات پیچیده‌تر از قبل شد، ظهور پیدا کرد. این پروتئین بعنوان یک پروتئین ریبوزومی در قلب سلول نهفته است و برای بقا به عملکرد این پروتئین بستگی دارد.

ژن باستانی EF-Tu با ژن مدرن EF-Tu در باکتری ای کولی در ۲۸ نقطه فرق دارد. از آنجاییکه این باکتری‌ها نمی‌توانند بدون EF-Tu زنده بمانند، اولین کار کاچار این بود که ببیند آیا این ژن قدیمی حتی می‌تواند در ای کولی مدرن کار کند یا خیر. او دو نسخه از EF-Tu باکتریوم را با یک نسخه‌ باستانی از آن تعویض کرد و منتظر ماند. کاچار گفت: «این ژن شبیه ریپ ون وینکل (قهرمان یک کتاب داستان آمریکایی) است – باید یاد بگیرد چگونه خود را انطباق دهد وقتی همه چیز در اطرافش تغییر کرده است.»

این باکتریوم ترکیبیِ باستانی-مدرن توانست رشد کند، اما سفر در زمان‌اش به بهای دوسوم افت در تناسب فرگشتی تمام شد، همانطور که نرخ رشد باکتریوم نشان می‌دهد. با این کاهش چشمگیر، فرگشت داروینی وارد میدان شد و با هزاران ژن در باکتری شروع به رشد کرد. کاچار ۶ جمعیت متفاوت از این باکتری‌های ترکیبی را ساخت و سپس اجازه داد تا به اندازۀ ۲۰ هزار نسل در آزمایشگاه رشد کنند. هریک از این جمعیت‌ها یک پایان جدید را برای فرگشت رقم زدند.

در تمام جمعیت‌های باکتری‌ها بجز یک جمعیت، ای کولی با ژن درگیرش یعنی EF-Tu به طرز مشابهی فرگشت پیدا کرد. بجای تغییر خود ژن EF-Tu، سلول‌ها مقدار پروتئین EF-Tu تولیدی را افزایش دادند تا با عملکردِ کاهش یافته مقابله کنند. از میان تمام میلیون‌ها راه‌حل احتمالی، باکتری‌ها به نظر عمدتأ به یک راه‌حل یکسان دست پیدا کرده‌اند. کاچار این افزایش تولید پروتئین‌های پست‌تر را «سیستم واکنش اضطراری» ارگانیسم می‌نامد. این تغییر صرف‌نظر از سادگی‌اش، عملی است. افزایش مقدار پروتئین باستانی EF-Tu به ذخیره‌ی تناسب باکتریایی کمک می‌کرد.

اما این امر بدین معنا نیست که این راه‌حل‌ها تنها راه‌حل موجود برای این مشکل هستند. کاچار آزمایشاتش را فقط با ۶ جمعیت مختلف باکتری ای کولی آغاز کرد. در حیات‌وحش، انتخاب طبیعی توانسته فرزندان میلیون‌ها ارگانیسم مختلف را قالب‌گیری کند. همچنین، ۲۰۰۰ نسل با یک چشم برهم زدن به وجود آمده‌اند. از آنجاییکه هر ۶ اصل‌ونصب باکتری با استفاده از این راه‌حل تشکیل شدند، کاچار معتقد است که افزایش مقدار پروتئین غیرمتجانس با محیط یک مقیاس موقتی است تا زمانیکه جهش بهتری ایجاد شود.

توسعه‌ی تحقیقات

کاچار به این تکثیر ادامه داد تا ببیند فرگشت چگونه برای نسل بعدی رخ داده است. او آزمایشات جدیدی را در سیانوباکتری‌ها و پروتئین‌های محوریِ فتوسنتز از جمله روبیسکو انجام داد. روبیسکو دی‌اکسیدکربن جوی را به گلوکز تبدیل می‌کند. تحقیقِ کاچار بر روی روبیسکو قبلأ در مجله‌ی اخترزیست‌شناسی مطرح شده بود. به گفته‌ کاچار، اهمیت این کار فقط به حیات بر روی این سیاره مربوط نمی‌شود. دانستن اینکه حیات چگونه از مواد آغازینش تشکیل شده به دانشمندان کمک می کند تا اطلاعات زیادی دربارۀ چگونگی حیات بر روی سیارات دیگر بدست آوند. رستاخیز ژن باستانی همچنین به دانشمندان می‌گوید حیات چگونه در آینده با آب‌وهوای متغیر و تغییرات انسانی دیگر انطباق پیدا خواهد کرد.

او می‌گوید: «این تحقیق به ما کمک خواهد کرد تا محدوده‌های حیات را با ترکیب زیست‌شناسی مصنوعی با زیست‌شناسی تکاملی درک کنیم. بدین ترتیب، می‌توانیم به مشکلات گسترده‌تری در اخترزیست‌شناسی در زمینه‌ی توزیع حیات نزدیک شویم.» این تحقیق با پشتیبانی اخترزیست‌شناسی ناسا از طریق برنامه‌ی زیست‌شناسی تکاملی و اگزوزیست‌شناسی (جایزه‌ی تحقیقات اولیه‌ی ناسا و کمک هزینه‌ فوق‌دکترای موسسه‌ی اخترزیست‌شناسی ناسا) انجام شده است.

ترجمه: سحر  الله‌وردی/ سایت علمی بیگ بنگ

منبع: space.com

 

(9 نفر , میانگین : 4٫67 از 5)
لینک کوتاه مقاله : https://bigbangpage.com/?p=74455
سحر الله وردی

سحر الله وردی

کارشناس مترجمی زبان انگلیسی و کارشناس ارشد آموزش زبان انگلیسی. علاقمند به علوم مختلف از جمله نجوم، کیهان شناسی و فیزیک می باشد و به عنوان نویسنده و مترجم متون تخصصی در وب سایت بیگ بنگ فعالیت می کند.

شما ممکن است این را هم بپسندید

یک پاسخ

پاسخ دهید

نشانی ایمیل شما منتشر نخواهد شد. بخش‌های موردنیاز علامت‌گذاری شده‌اند *

This site uses Akismet to reduce spam. Learn how your comment data is processed.