كيف تطورت الحيتان والدلافين للحياة في البحر
أظهرت دراسة جديدة أن جينومات الحوتيات ، والتي تشمل الدلافين والحيتان ، قد تغيرت بطرق مهمة للسماح لهذه الحيوانات بالانتقال من البيئات البرية إلى البيئات المائية.
على الرغم من أن الحوتيات ، مثل الدلافين والحيتان ، تبدو مثل الأسماك - تمامًا مثل الأسماك - تعيش في البيئات المائية ، فهي في الواقع ثدييات مائية.
لذلك ، هم ، من نواح كثيرة ، أقرب إلى الفقاريات التي تعيش على الأرض التي تلد لتعيش صغارًا ثم ترضعها.
يعرف الباحثون الآن أن الحوتيات تطورت من أسلاف سكنوا الأرض منذ حوالي 52.5 مليون سنة ، وانتقلت إلى الحياة في البحر.
لهذا التغيير الجذري ، تكيفت هذه المجموعة من الثدييات ببطء مع مرور الوقت ، وطوّرت سمات بيولوجية مختلفة تتناسب مع متطلبات الحياة تحت الماء.
في حين أن بعضها - بما في ذلك الزعانف والزعانف وشكل الجسم المائي - يمكن ملاحظته بسهولة ، فإن التكيفات الأخرى تكون أكثر دقة ولكنها ليست أقل أهمية.
الآن ، تُظهر دراسة من معاهد ماكس بلانك في دريسدن ، ألمانيا ، وجامعة كاليفورنيا في ريفرسايد ، والمتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي في نيويورك ، نيويورك ، كيف تطور التركيب الجيني للحوتيات للسماح لها بالعيش في المحيط. .
في الورقة البحثية التي تظهر في المجلة تقدم العلم، أوضح المؤلفون أن هذا الانتقال كان ، جزئيًا ، لأن جينات معينة أصبحت غير نشطة في الدلافين والحيتان والحيتان الأخرى على مدى آلاف السنين.
85 "الجينات المفقودة" قد تكون سهلت الحياة في البحر
كان المؤلف الرئيسي ماتياس هويلسمان وزملاؤه مهتمين بفهم أفضل لكيفية تكيف جينومات الحوتيات للسماح لها بالنمو تحت الماء.
للقيام بذلك ، قاموا بـ "تمشيط" 19،769 جينًا في 62 نوعًا مختلفًا من الثدييات - بما في ذلك ، كما أوضحوا في ورقة الدراسة ، "أربعة حيتان ، واثنان من الزعانف [كليد يتضمن الفقمة والفظ] ، وخرف البحر ، و 55 من الثدييات الأرضية ”- البحث عن الجينات التي أصبحت غير نشطة بعد أن تطورت الحوتيات من أسلافها الذين سكنوا الأرض.
"لتحديد الجينات التي تم تعطيل نشاطها أثناء الانتقال من الأرض إلى الماء في سلالة جذع الحيتانيات بدقة ، استخدمنا الجينوم المتسلسل مؤخرًا لفرس النهر الشائع ، وهو حيوان ثديي شبه مائي [...] هو أقرب الكائنات الحية بالنسبة للحوتيات ، ومراعاة الجينات فقط التي لم يتم اكتشاف طفرات معطلة في فرس النهر ، "يواصل مؤلفو الدراسة شرحهم.
وهكذا ، تمكن الفريق من تحديد 85 "جينة مفقودة". في حين أن الأبحاث السابقة قد حددت بالفعل بعضًا من هذه الاكتشافات ، فإن 62 (ما يعادل 73 ٪) كانت اكتشافات جديدة.
أوضح الباحثون أن أحد الجينات المعطلة يلعب دورًا في إفراز اللعاب. بينما يساعد اللعاب الثدييات التي تعيش في الأرض على تليين الطعام وتليينه ، وكذلك إطلاق عملية الهضم من خلال إنزيمات معينة ، فقد أصبح غير ضروري للثدييات المائية لأن الماء يمكن أن يؤدي هذه "الوظائف" بدلاً من ذلك.
كان هناك جينان آخران "مفقودان" ضروريان لتكوين الجلطة الدموية. ومع ذلك ، من المحتمل أن يكون تعطيلها قد مكّن آليات ختم الجروح الأخرى التي كانت أكثر فائدة لتطور الحياة المائية.
كان الخسارة الرئيسية الأخرى هي فقدان بعض الجينات المشاركة في وظائف الرئة. يسمح التركيب الجيني الجديد لرئتي الحوتيات بالانهيار عندما تغوص في أعماق البحر.
يوضح هويلسمان وزملاؤه: "بينما يمثل انهيار الرئة مشكلة سريرية خطيرة للإنسان ، فإنه يعمل على تقليل كل من الطفو وخطر الإصابة بمرض تخفيف الضغط في الحيتانيات".
تبين أن الحيتان فقدت أيضًا جميع الجينات التي تسمح للثدييات بتكوين الميلاتونين ، وهو هرمون يساعد على تنظيم دورات النوم واليقظة.
في هذه الثدييات التي تعيش في الماء ، قد يكون هذا الفقد قد أدى إلى تطور نوع مختلف من النوم يسمى النوم أحادي الكرة. في هذا النوع من النوم ، يستريح نصف الدماغ فقط بينما يظل النصف الآخر في حالة تأهب. تسمح هذه الآلية للحوتيات بالسباحة إلى السطح أو إنتاج المزيد من الحرارة إذا لزم الأمر.
يرى المحققون أن كل هذه التكيفات ربما ساعدت الحيتان والدلافين والثدييات المائية المماثلة على البدء في العيش مثل الأسماك.
وخلص الباحثون إلى أن "النتائج التي توصلت إليها تشير إلى أن فقد الجينات في الحيتانيات لا يرتبط فقط بالتخصصات المائية ولكن يمكن أن يكون قد شارك في التكيف مع بيئة مائية بالكامل".
