حدد علماء من جامعة فلوريدا السبب الجيني لغياب الكفوف في الثعابين

انتقل أسلاف الثعابين الحديثة قبل 150 مليون سنة ، باستخدام الأطراف بنشاط. بعد عدة عشرات الملايين من السنين ، اختفت أطراف الثعابين. حتى الآن ، لم يكن سبب هذه الخسارة واضحًا ، على الرغم من أن العلماء حاولوا العثور على إجابة للسؤال "أين اختفت أقدام الثعابين؟" لسنوات عديدة. في التسعينات من القرن الماضي ، قرر فريق من العلماء من جامعة فلوريدا معالجة هذه القضية.

21 أكتوبر ، نشر العلماء نتائج عملهم. كما اتضح ، فإن فقدان المخلب هو طفرة مرتبطة بتغيير في جين محسن معين (جين معدل يحسن المظهر المظهري لجين آخر). في حالة الثعابين ، خضع الجين لتغييرات تتحكم في نشاط الجينات الأخرى المسؤولة عن تكوين الأطراف.

يقول أحد المشاركين في الدراسة: "من المثير للاهتمام معرفة أن بعض التغييرات في الجينوم تؤثر على انقراض الأطراف".

وقد تم هذا الاكتشاف من قبل مارتن كوهن ، أستاذ علم الوراثة الجزيئية وعلم الأحياء الدقيقة ، وطالب الدراسات العليا فرانسيسكا ليل. درس العلماء عمل الجينات في جنين الثعبان النامي ، كما قارنوا جينوم الثعابين والسحالي. ومن المثير للاهتمام أن الكوبرا والأفاعى لا تحتوي على أطراف على الإطلاق ، في حين أن الثعابين والبواء لها بقايا أثرية من الكفوف.


هذه الثمار هي كل ما تبقى من مخالب الثعبان.

في عام 1999 ، أدرك كوهن وزملاؤه أن عددًا من مجموعات جينات الثعابين تعمل بشكل مختلف قليلاً عن الزواحف الأخرى. أدى استخدام طرق محددة للعمل مع الحمض النووي الزواحف إلى أقصى نمو أجنة الثعابين. لسوء الحظ ، قبل 17 عامًا ، لم يكن لدى العلماء الفرص لدراسة الحمض النووي للكائنات الحية ، وهو ما يمتلكه الخبراء الآن. ومع ذلك ، في عام 2003 ، تمكن العلماء من فهم أن نشاط أحد مواقع الحمض النووي يلعب دورًا مهمًا في تكوين الأطراف في السحالي. الثعابين أيضا لديها هذه المنطقة. استمر المتخصصون في دراسة ميزات عمل موقع DNA هذا وتلقى بمرور الوقت كمية كبيرة إلى حد ما من البيانات حول ميزات عمله.


كما اتضح ، فإن طفرة جين مكبر الصوت ، التي أدت إلى فقدان الكفوف بواسطة الثعابين ، ليست واحدة - هناك ثلاثة منها في وقت واحد. تأثير هذه الطفرات تراكمي ، فقد أزالوا قسمًا في جين التضخيم يسمى القنفذ الصوتي (القنفذ الأسرع من الصوت). يُعرف هذا الموقع باسم موقع ربط عامل النسخ. مضخم الصوت مسؤول عن تشغيل القنفذ الصوتي ، والذي بدوره مسؤول عن تكوين الأطراف. يؤدي التأثير التراكمي للطفرات الثلاث إلى حقيقة أن هذا القسم إما لا يتم تشغيله على الإطلاق (للكوبرا والأفاعي) ، أو يتم تشغيله لفترة قصيرة جدًا ، وبعد ذلك يتم إيقاف تشغيله بشكل دائم.

كما اتضح أن جينوم الثعبان والبواء لديه مجموعة كاملة من التعليمات لتشكيل الكفوف. ولكن بما أنه خلال تطور الجنين ، فإن جزء الجينوم ، المسؤول عن نمو الأطراف ، لا يعمل تقريبًا ، فقط يتم تكوين أساسيات الكفوف في البواء والأفاعي.

لا تزال الجينات الأخرى المحسنة للأفعى والأفعى موجودة في الحمض النووي ، بما في ذلك تلك المسؤولة عن تنشيط جين Hoxd13 ، الذي يحدث من خلاله تطور الأطراف. في المراحل الأولى من التطور ، يحتوي جنين الثعبان على مصادر خلوية للهيكل العظمي الكامل للمخالب ، بما في ذلك عظام الأصابع. بحلول وقت الخروج من البيضة في الثعابين الصغيرة من كل هذا ، تبقى فقط آثار صغيرة من عظم الفخذ ، ولا شيء أكثر.

"أظهرت نتائج بحثنا أن تكوين الأطراف في الثعبان يذهب إلى أبعد بكثير مما كنا نعتقد حتى الآن. من أجل أن يكون للجنين مخالب ، فإن جينوم الثعبان لديه كل ما تحتاجه. ولكن عملية تشكيل هيكل عظمي فقط لا تنتهي "، وقال كوهن.

قرر فريق ثان من العلماء ، بقيادة أكسل ويزل من مختبر لورنس الوطني في بيركلي ، كاليفورنيا ، التحقق مما سيحدث إذا تم استبدال محسن الجين الماوس المذكور أعلاه بجين ثعبان مماثل. لهذا ، تم استخدام تقنية تحرير الجينوم المعروفة باسم CRISPR-cas9. من أجل التحقق من تأثير جين تعزيز الثعبان ، تم زرع مكبرات الصوت والأسماك في الفئران.

كما اتضح ، في الحالتين الأخيرتين ، تشكلت أطراف الفئران بشكل طبيعي. ولكن عند استخدام الجين المحسن للثعبان بدلاً من الأطراف الطبيعية ، تتشكل الدرنات فقط في أجنة الفئران. بعد أن أدخل العلماء شظايا الحمض النووي المفقودة في مكبر الصوت ، بدأت أطراف الفئران تتشكل بشكل طبيعي.

قبل 20 عامًا ، وجد علماء الحفريات البقايا المتحجرة لأجداد الثعابين الحديثة ذات الأطراف. قرر بعض العلماء أن فقدان الساقين بسبب الثعابين حدث في وقت متأخر عما كان يعتقد سابقًا. في الوقت نفسه ، قال خبراء آخرون إن بعض الأنواع (النهايات المسدودة) لأسلاف الثعابين تطورت ببساطة ، بعد أن استردت كفوفها. تظهر نتائج الأبحاث التي أجراها العلماء المعاصرون أن المجموعة الثانية من العلماء ربما تكون على حق.

ويقول الخبراء أنه بقدر ما يمكن للمرء أن يحكم ، فإن آلية التطور ليست قوية فحسب ، بل إنها مرنة أيضًا. يسمح لبعض المخلوقات بإعادة تطوير أعضاء ووظائف الجسم المفقودة.

Source: https://habr.com/ru/post/ar398555/