جينومات الحيوانات تسلك «طرقًا سريعة» تطورية لا تعود إلى الوراء

قد يبدو الإنسان والأخطبوط والمرجان مختلفين تمامًا، لكن كروموسوماتهم ما زالت تحمل أجزاء يمكن التعرف إليها من جينوم سلف حيواني عاش قبل أكثر من 600 مليون سنة. وتشير دراسة قادتها جامعة فيينا إلى أن إعادة ترتيب هذه الأجزاء لم تكن عشوائية؛ إذ تحركت جينومات الحيوانات عبر شبكة محدودة من الحالات البنيوية، كان من الصعب عكس كثير من الانتقالات بينها. وقد وصف الباحثون هذه المسارات بأنها «طرق سريعة تطورية».

أكبر مقارنة على مستوى كروموسومات الحيوانات

قارن الباحثون 5,821 جينومًا متاحًا للعامة على مستوى الكروموسومات، تعود إلى 4,454 نوعًا موزعة على 19 شعبة حيوانية، في أكبر مقارنة من هذا النوع عبر شجرة الحياة الحيوانية، وفق عرض جامعة فيينا للدراسة.

ولم تركز المقارنة على جينات منفردة، بل على هندسة الجينوم ككل. ووفق هذا التصور، يشغل كل جينوم موقعًا داخل «فضاء متعدد الأبعاد لبنية الجينوم». وتميل الأنواع التي تشترك في تاريخ بنيوي متقارب إلى التجمع في مناطق يمكن تمييزها داخل هذا الفضاء، بينما تظهر السلالات التي مرت بتغيرات كروموسومية غير مألوفة بعيدًا عن التجمعات الرئيسية.

ويضيف هذا النهج طبقة مختلفة من الأدلة إلى المقارنات التطورية. فالمظهر الخارجي قد يتغير جذريًا خلال الأزمنة الجيولوجية الطويلة، كما يمكن أن تتضاعف الجينات أو تفقد أو تتبدل. أما ترتيب الكروموسومات على نطاق واسع، فيحفظ نوعًا آخر من السجل التاريخي: أي مجموعات الجينات بقيت مترابطة، وأيها انفصلت، وأيها اندمجت لاحقًا بصورة دائمة.

لماذا يبدو الاندماج المصحوب بالخلط عملية أحادية الاتجاه؟

تتمحور إحدى الأفكار الأساسية في الإطار الجديد حول الاندماج الكروموسومي المصحوب بالخلط. فعندما يندمج كروموسومان كانا منفصلين، ثم تختلط محتوياتهما الجينية مع مرور الوقت، يصبح من الصعب على التطور اللاحق إعادة رسم الحد الأصلي الفاصل بينهما.

لذلك يُعد هذا التغير ذا اتجاه واحد عمليًا. فقد يستمر الجينوم في إعادة الترتيب، لكن استعادة حالته السابقة بدقة تصبح بالغة الصعوبة بعد اختلاط محتوياته. ويمكن للنمط الناتج أن يعمل بوصفه علامة تاريخية طويلة الأمد على السلالة التي وقع فيها الاندماج. كما وصفت أبحاث مقارنة سابقة في المجال نفسه حفاظًا على بنية كروموسومية مشتركة بين ثنائيات التناظر واللاسعات والإسفنجيات، ما يدعم استخدام تركيب الكروموسومات لإعادة بناء كروموسومات الحيوانات القديمة.

ولا تعني استعارة «الطرق السريعة» أن كل السلالات تتبع الطريق نفسه، أو أن تطور الكروموسومات توقف. المقصود أن بعض الانتقالات البنيوية أسهل بكثير من التراجع عنها، الأمر الذي يحد من المسارات المتاحة داخل فضاء بنية الجينوم. وترتبط أبحاث تناولت الخلط الطوبولوجي وعدم القابلية للعكس أيضًا بالاندماج الكروموسومي المصحوب بالخلط وبالتغيرات الاتجاهية في أنماط كروموسومات الحيوانات.