الوراثة ما وراء علم الوراثة

أنت تنقل لأطفالك ليس فقط محتويات شفرتك الوراثية

كانت فكرة أن جميع السمات الموروثة للأشياء الحية مشفرة في الجينات عقيدة أساسية لعلم الوراثة والبيولوجيا التطورية لسنوات عديدة. لكن هذا الافتراض كان يجب أن يوجد باستمرار في حي غير سار مع الاكتشافات غير المريحة للبحث التجريبي. وفي السنوات الأخيرة ، تتراكم المضاعفات بمعدل أسي تحت وطأة الاكتشافات الجديدة.

يميز علم الوراثة الكلاسيكي بشكل أساسي بين " النمط الجيني " (أي مجموع الجينات التي يحملها الفرد والتي يمكن أن ينقلها إلى نسله) و " النمط الظاهري " (حالة مؤقتة للجسم تحمل بصمة بيئته وخبرته ، التي لا تنتقل خصائصها إلى الأحفاد). يُفترض أنه يمكن فقط وراثة الخصائص المحددة وراثيا - أي نقلها إلى الأحفاد - لأن الوراثة تتم حصرا من خلال نقل الجينات. ومع ذلك ، فقد تبين أنه ، في انتهاك بضعف النمط الجيني / النمط الظاهري ، قد تعاني خطوط الحيوانات والنباتات المتماثلة وراثيًا من تقلب في الميراث وتستجيب للانتقاء الطبيعي.



والعكس بالعكس ، الجينات الآن غير قادرة على تفسير سبب امتلاك الأقارب لخصائص وأمراض معقدة مشابهة للغاية - كانت هذه المشكلة تسمى "نقص الميراث". لم تتمكن دراسات الجينوم حتى الآن من تحديد الجينات التي يمكن لتأثيرها في المجموع أن يفسر ملاحظة وراثة العديد من الخصائص ، من الأمراض "العائلية" إلى السمات الموروثة مثل النمو. وبعبارة أخرى ، على الرغم من أن الأقارب يظهرون أنماطًا ظاهرية متشابهة ، إلا أن لديهم القليل جدًا من الأليلات الشائعة ، وهذا هو السبب في أن الأساس الجيني لهذه الميزة غير واضح. يمكن أن يحدث نقص في التوريث بسبب التفاعلات الجينية المعقدة ( المعرفة ) ، حيث يصعب مراعاة هذه التفاعلات عند دراسة الجينومات الكاملة. يمكن أن تظهر أيضًا بسبب الطبيعة غير الوراثية للتنوع الموروث ، خاصة إذا تم إنشاؤها بواسطة البيئة.

ومع ذلك ، إذا كان النمط الجيني للفرد لا يبدو مسؤولًا عن بعض ميزاته ، فقد اتضح أن جينات الوالدين تؤثر على خصائص الأحفاد الذين لم يرثوا هذه الجينات. علاوة على ذلك ، تظهر دراسات النباتات والحشرات والقوارض والكائنات الأخرى أن البيئة المحيطة بالفرد وتجربة حياته - النظام الغذائي ودرجة الحرارة والطفيليات والتفاعل الاجتماعي - يمكن أن تؤثر على خصائص أحفاده. تشير أبحاث جنسنا إلى أننا لا نختلف في هذا الصدد. تتوافق بعض الاكتشافات بوضوح مع تعريف "وراثة الممتلكات المكتسبة" - وهي ظاهرة ، وفقًا للتشبيه الشهير الذي ظهر أمام Google ، مستحيل تمامًا كما لو كانت برقية صينية مرسلة من بكين وصلت إلى لندن مترجمة بالفعل إلى الإنجليزية لغة. ولكن اليوم ، يتم الإبلاغ عن مثل هذه الظواهر بانتظام في المجلات العلمية. ومثلما أحدثت الإنترنت والترجمة الفورية ثورة في الرسائل ، فإن الاكتشافات في علم الأحياء الجزيئي تحدث ثورة في ما يمكن وما لا يمكن نقله من جيل إلى جيل.

يواجه علماء الأحياء المهمة الضخمة المتمثلة في التعرف على حديقة الحيوانات المتراكمة بسرعة للاكتشافات التي تنتهك المعتقدات الراسخة. يمكنك الحصول على فكرة عن التنافر المتزايد بين النظرية والأدلة من خلال قراءة مراجعة حديثة لهذه الدراسات ، ثم الفصل التمهيدي من كتاب علم الأحياء لأي طالب. في مفهوم الوراثة المقبول بشكل عام ، والذي يدعي أن الوراثة يتم التحكم فيها حصريًا بواسطة الجينات ، ويرفض إمكانية انتقال تأثير البيئة وتجربة الحياة إلى الأحفاد ، من الواضح أن هناك شيئًا مفقودًا.

إذا كان بعض التباين غير الوراثي موروثًا ، فقد اتضح أن هذا التباين يمكن أن يستجيب للانتقاء الطبيعي ويؤدي إلى ظهور التغيرات المظهرية في الأجيال في غياب التغيرات الجينية. مثل هذه التغييرات لا تتناسب مع التعريف الجيني القياسي للتطور ، الذي يقتصر على التغيرات في تواتر الأليل في عدة أجيال. هذا التعريف ، الذي قدمه عالم الوراثة التطوري ثيودوسيوس غريغوريفيتش دوبرزانسكي ، رفض الافتراض القائل بأن الجينات هي المصدر الوحيد للتغير الموروث ، وبالتالي ، المادة الوحيدة التي يمكن أن يعمل بها الانتقاء الطبيعي لظهور التغيرات المظهرية في عدة أجيال. ومع ذلك ، تجدر الإشارة إلى أن تشارلز داروين لم يكن على دراية بالاختلافات بين التنوع الجيني وغير الجيني. كانت فكرة داروين البارزة هي أن الانتقاء الطبيعي المطبق على الاختلاف الوراثي بين السكان يمكن أن يسبب تغيرات في متوسط ​​خصائص الكائنات الحية في عدة أجيال ، لأن تلك الخصائص الموروثة التي ترتبط باستمرار بعدد كبير من الأحفاد الباقين على قيد الحياة سيتم تمثيلها في نسبة أكبر من الأفراد في كل جيل. [داروين ، CR حول أصل الأنواع (1859)] لا يتطلب إدراج الآليات غير الوراثية في الوراثة تغييرات في معادلة داروين الأساسية.

إحدى فئات التأثيرات غير الوراثية - التأثير الأمومي - واضحة جدًا لدرجة أن وجودها معترف به لعدة عقود. بحكم التعريف ، يحدث التأثير الأمومي عندما يؤثر النمط الظاهري الأمومي على النمط الظاهري للأبناء ، ولا يمكن تفسير هذا التأثير عن طريق انتقال الأليلات الأمومية. [Wolf ، JB & Wade ، MJ ما هي التأثيرات الأمومية (وما هي ليست)؟ المعاملات الفلسفية للمجتمع الملكي ب 364 ، 1107-1115 (2009) ؛ Badyaev ، AV & Uller ، T. التأثيرات الأبوية في علم البيئة والتطور: الآليات والعمليات والآثار. المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية B 364 ، 1169-1177 (2009)] يمكن لمثل هذا التأثير الاستفادة من عدد لا يحصى من الطرق للتأثير على نسل الأمهات ، بما في ذلك الميراث اللاجيني بين الأجيال ، والتباين في بنية البيض ، والبيئة داخل الرحم ، واختيار الأم لموقع وضع البيض أو ولادة الأطفال ، والتغيرات البيئية التي سيواجهها النسل ، والتفاعلات النفسية والسلوكية بعد الولادة. بعض التأثيرات الأمومية هي نتيجة سلبية لخصائص الأم المتعلقة بنمو الأطفال (بما في ذلك الآثار الضارة لتسمم الأمهات أو المرض أو الشيخوخة) ، في حين أن البعض الآخر يمثل استراتيجيات الاستثمار التناسلي التي تم تطويرها لتحسين نجاح التكاثر. [Badyaev ، AV & Uller ، T. التأثيرات الأبوية في علم البيئة والتطور: الآليات والعمليات والآثار. المعاملات الفلسفية للجمعية الملكية B 364 ، 1169-1177 (2009) ؛ Marshall، DJ & Uller، T. متى يكون التأثير الأمومي متكيفًا؟ Oikos 116، 1957-1963 (2007)] يمكن لهذه التأثيرات تحسين الحالة البدنية للأمهات وأولادهن أو تفاقمها.

حتى وقت قريب (التسعينات) ، لم تُعالج الآثار الأمومية أكثر من المشاكل البسيطة - مصدر "الأخطاء" في البحث الجيني المرتبط بالبيئة. لكن علم الوراثة ، على الأقل ، كان مقتنعاً أنه في معظم الأنواع (بما في ذلك " الكائنات النموذجية " المخبرية الرئيسية ، مثل الذباب والفئران) ، لا يستطيع الآباء نقل الأليلات الجينية إلا لأطفالهم. ومع ذلك ، فقد كشفت الدراسات الحديثة عن العديد من الأمثلة على التأثيرات الأبوية في الفئران ، ذبابة الفاكهة ، والعديد من الأنواع الأخرى. [Crean، AJ & Bonduriansky، R. ما هو تأثير الأب؟ الاتجاهات في علم البيئة والتطور 29 ، 554-559 (2014)] في الأنواع التي تتكاثر جنسيًا ، قد تكون التأثيرات الأبوية شائعة مثل الأمهات.

يمكن أن يتأثر النسل بالبيئة والخبرة والعمر والنمط الجيني لكلا الوالدين. يمكن لعامل بيئي مثل السم أو المغذيات أن يؤدي إلى تغيرات في جسم الوالد تؤثر على نمو النسل. كما سنرى ، يمكن أن يؤثر تدهور الجسم بسبب الشيخوخة أيضًا على الخصائص الإنجابية والعوامل غير الوراثية الموروثة ، وبالتالي تطور النسل.

تُعرف الحالات التي يؤثر فيها التعبير الجيني الأبوي على النمط الظاهري للطفل باسم "التأثيرات الجينية غير المباشرة" [Wolf ، JB ، Brodie ، ED ، Cheverud ، JM ، Moore ، AJ ، & Wade ، MJ العواقب التطورية للتأثيرات الجينية غير المباشرة. الاتجاهات في علم البيئة والتطور 13 ، 64-69 (1998)]. على عكس الحدس ، تتناسب هذه الآثار مع مفهوم الميراث غير الجيني ، حيث يتم التحكم فيها عن طريق انتقال العوامل غير الجينية. على سبيل المثال ، يمكن لجين معين أدى تعبيرًا في أحد الوالدين أن يؤثر على سلوكه الموجه إلى الطفل أو تغيير ملف التعريف الجيني للجينات الأخرى في خط الجراثيم ، وبالتالي يؤثر على نمو النسل ، حتى لو لم يرث هذا الجين.

تم العثور على مثال صارخ على التأثير الجيني غير المباشر في دراسة على الفئران. عبر فيكي نيلسون وزملاؤه الفئران المرباة في الأسر للحصول على ذكور متطابقة تقريبًا مع بعضها البعض وراثيًا ، باستثناء الكروموسوم Y. ثم طرحوا سؤالا غريبا: هل يؤثر الكروموسوم Y الذكري على النمط الظاهري للبنات؟ أي شخص لم ينام في محاضرات علم الأحياء يعرف أن البنات لا يرثن كروموسوم الأب الخاص بالوالد ، وبالتالي ، وفقًا لمنطق علم الوراثة الكلاسيكية ، لا يمكن لجينات الوالد كروموسوم الأب أن تؤثر على البنات. ومع ذلك ، وجد نيلسون وزملاؤه أن الخصائص الفردية للكروموسوم Y أثرت على الخصائص الفسيولوجية والسلوكية المختلفة للبنات. علاوة على ذلك ، كان تأثير كروموسوم Y الأبوي على البنات قابلاً للمقارنة في قوة كروموسوم الأبوي ، أو كروموسوم X ، الذي ترثه البنات. على الرغم من أن الآلية التي عملت في هذه الحالة لا تزال غير معروفة ، إلا أن جينات الكروموسوم Y بطريقة ما كان عليها أن تغير السيتوبلازم المنوي ، أو تكوين السائل المنوي أو تكوين السائل المنوي ، مما سمح لجينات الكروموسوم Y بالتأثير على تطور النسل الذي لم يرث هذه الجينات [Nelson، VR، Spiezio ، SH & Nadeau ، JH التأثيرات الوراثية عبر الأجيال لكروموسوم Y الأب على الأنماط الظاهرية للبنات. Epigenomics 2 ، 513-521 (2010)].



يبدو أن بعض التأثيرات الأمومية والأبوية قد تطورت من أجل إعطاء النسل بداية مسبقة في الموائل التي من المحتمل أن يواجهوها [Marshall، DJ & Uller، T. متى يكون التأثير الأمومي قابلاً للتكيف؟ Oikos 116 ، 1957-1963 (2007)]. ومن الأمثلة الكلاسيكية على مثل هذا التأثير الأبوي "الوقائي" وجود خصائص وقائية في نسل الآباء الذين يواجهون الحيوانات المفترسة. دافنيا هي قشريات صغيرة من المياه العذبة ، تطفو ببطء وحركات ارتعاش ، باستخدام زوج من العمليات الطويلة كمجذاف. وهي بمثابة فريسة سهلة للحشرات المفترسة والقشريات والأسماك. في مواجهة العلامات الكيميائية للحيوانات المفترسة ، ينمو بعض أفراد الدفنيا مسامير على رؤوسهم وذيلهم ، مما يجعل من الصعب الإمساك بهم أو ابتلاعهم. في مثل هذه الدفانية ، ينمو النسل بسرعة كبيرة ، حتى إذا لم تكن هناك علامات على الحيوانات المفترسة ، كما يغير معدل النمو وتاريخ الحياة بطريقة تقلل من التعرض للحيوانات المفترسة. تم العثور على مثل هذا التحريض بين الأجيال للحماية ضد الحيوانات المفترسة في العديد من النباتات ؛ عندما تتعرض للهجوم من قبل الحيوانات العاشبة ، مثل اليرقات ، تنتج النباتات البذور التي تطلق مواد كيميائية واقية غير سارة (أو عرضة لتسريع إطلاق هذه المواد استجابة لعلامات الحيوانات المفترسة) ، وقد تستمر الحماية المستحثة المماثلة لعدة أجيال [Agrawal، AA، Laforsch، C. ، & Tollrian ، R. الحث عبر الأجيال للدفاعات في الحيوانات والنباتات. الطبيعة 401 ، 60-63 (1999) ؛ Holeski ، LM ، Jander ، G. & Agrawal ، AA تحريض الدفاع عبر الأجيال والوراثة اللاجينية في النباتات. الاتجاهات في علم البيئة والتطور 27 ، 618-626 (2012) ؛ تولريان ، ر. الدفاعات المورفولوجية التي يسببها المفترس: التكاليف ، وتغيرات تاريخ الحياة ، والتأثيرات الأمومية في Daphnia pulex. علم البيئة 76 ، 1691-1705 (1995)].

على الرغم من أنه ليس من الواضح حتى الآن كيف يحفز الآباء Daphnia تطور الأشواك في نسلهم ، بعض الأمثلة على التأثيرات الأمومية والأبوية المتكيفة على ما يبدو تشمل نقل مواد معينة إلى النسل. على سبيل المثال ، تحصل عث Utetheisa ornatrix على قلويدات بيروليسيدين عن طريق تناول البقوليات التي تصنع هذا السم. تنجذب الإناث إلى رائحة الذكور التي تمتلك مخزونًا كبيرًا من هذه المادة الكيميائية ، وتنقل هذه الذكور جزءًا من السم المخزن "كهدية زفاف" من خلال السائل المنوي. تشمل الإناث هذه القلويدات في البيض ، مما يجعل ذريتها لا طعم لها للحيوانات المفترسة [Dussourd، DE، et al. الوقف الدفاعي ثنائي القطب للبيض مع قلويد نباتي مكتسب في فراشة Utetheisa ornatrix. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم 85 ، 5992-5996 (1988) ؛ Smedley، SR & Eisener، T. Sodium: هدية عثة الذكر لنسلها. وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم 93 ، 809-813 (1996)].

يمكن للوالدين أيضًا إعداد نسلهم للظروف الاجتماعية وأنماط الحياة التي من المحتمل أن يلتقوا بها - يوضح الجراد الصحراوي . يمكن لهذه الحشرات أن تتحول بين نوعين ظاهريين مختلفين بشكل مدهش: لون وحيد أخضر رمادي وسرب أسود-أصفر من الجراد. وتتميز الجراد من الجراد بانخفاض الخصوبة ، وقصر الحياة ، والدماغ الكبير والميل إلى هدم أسراب هجرة ضخمة يمكن أن تدمر النباتات في مناطق واسعة. يتحول الجراد بسرعة من السلوك الانفرادي إلى السلوك الجماعي ، بعد أن واجه تراكمًا كبيرًا من الحشرات ، والكثافة السكانية التي وجدت فيها الإناث نفسها قبل التزاوج تحدد الخيار الذي يفضله أحفادها. من المثير للاهتمام ، أن المجموعة الكاملة من التغيرات المظهرية قد تراكمت على مدى عدة أجيال ، مما يشير إلى الطبيعة التراكمية للتأثير الأمومي. على ما يبدو ، فإنه يتأثر بالمواد التي تنتقل إلى النسل من خلال السيتوبلازم للبيض وإفراز الغدد التي تحيط بالبيض ، على الرغم من أن التعديل الجيني لخط الجرثومة قد يلعب دورًا [Ernst، UR، et al. علم الوراثة وانتقال طور حياة الجراد. مجلة علم الأحياء التجريبي 218 ، 88-99 (2015) ؛ ميلر ، GA ، Islam ، MS ، Claridge ، TDW ، Dodgson ، T. ، و Simpson ، SJ تشكيل سرب في الجراد الصحراوي Schistocerca gregaria: عزل وتحليل NMR لعامل تربية الأمهات الأساسي. مجلة علم الأحياء التجريبي 211 ، 370-376 (2008) ؛ Ott، SR & Rogers، SM الجراد الصحراوي Gregarious لديه أدمغة أكبر بكثير مع نسب متغيرة مقارنة مع مرحلة العزلة. وقائع الجمعية الملكية B 277 ، 3087-3096 (2010) ؛ Simpson، SJ & Miller، GA تأثيرات الأمهات على خصائص الطور في الجراد الصحراوي Schistocerca gregaria: مراجعة للفهم الحالي. مجلة فسيولوجيا الحشرات 53 ، 869-876 (2007) ؛ Tanaka، S. & Maeno، K. استعراض للسيطرة على الأم والجنين لخصائص النسل المعتمد على الطور في الجراد الصحراوي. مجلة فسيولوجيا الحشرات 56 ، 911-918 (2010)].

ومع ذلك ، فإن خبرة الوالدين لا تعد بالضرورة النسل لتحسين الكفاءة. على سبيل المثال ، قد لا يتعرف الآباء بشكل صحيح على إشارات بيئتهم ، أو قد تتغير بيئتهم بسرعة كبيرة جدًا - مما يعني أنه في بعض الأحيان سيقوم الآباء بتصحيح خصائص النسل في الاتجاه الخاطئ. على سبيل المثال ، إذا حملت أمهات دافنيا تطور الأشواك في نسلهن ، ولم تظهر الحيوانات المفترسة ، فإن النسل سيدفع لتطوير الشوك وارتداءه ، لكنه لن يجني أي مزايا لهذه الميزة. في مثل هذه الحالات ، يمكن أن يؤدي التأثير الأبوي التحذيري إلى الإضرار بالنسل. [Uller، T.، Nakagawa، S.، & English، S. دليل ضعيف على التأثيرات الأبوية المتوقعة في النباتات والحيوانات. مجلة علم الأحياء التطوري 26 ، 2161-2170 (2013)]. بشكل عام ، يعاني النسل من مشكلة صعبة في دمج الإشارات البيئية التي يتلقاها آبائهم مع الإشارات التي يتم تلقيها مباشرة من بيئتهم - وستعتمد أفضل استراتيجية تطوير على مجموعة الإشارات الأكثر فائدة وموثوقية [Leimar، O. & McNamara، JM تطور التكامل عبر الأجيال للمعلومات في البيئات غير المتجانسة. The Naturalistist 185 ، E55-69 (2015)].

قد لا يعمل تأثير التحذير بشكل صحيح ، ولكن الانتقاء الطبيعي بشكل عام يجب أن يشجع مثل هذه المحاولات. ومع ذلك ، فإن العديد من التأثيرات الأبوية لا علاقة لها بالتكيف. يمكن أن يكون للضغط تأثير ضار ليس فقط على الأفراد ، ولكن أيضًا على نسلهم. على سبيل المثال ، أظهرت دراسة أجرتها جامعة إلينوي أن الإناث اللاتي يعانين من تقلبات الهجمات المفترسة أنتج نسلًا يتدرب بشكل أبطأ ، ولا يمكن أن يتصرفن بشكل مناسب عند الاجتماع مع الحيوانات المفترسة ، وبالتالي فإن احتمال الأكل أعلى [ماكغي ، KE & Bell ، AM رعاية الأب في سمكة: علم الوراثة وتأثيرات اللياقة البدنية على قلق النسل. وقائع الجمعية الملكية B 281 ، E20141146 (2014) ؛ McGhee ، KE ، Pintor ، LM ، Suhr ، EL ، & Bell ، AM تعرض الأمهات لخطر الافتراس يقلل من سلوك النسل المضاد للذبح والبقاء على قيد الحياة في ثلاث شوكة. علم البيئة الوظيفي 26 ، 932-940 (2012)]. تذكرنا هذه الآثار بالآثار الضارة للأمهات المدخنات أثناء الحمل على جنسنا البشري. أظهرت دراسة الارتباطات في مجموعات من الناس (والتجارب على القوارض) أنه بدلاً من تطوير مقاومة لمشاكل الجهاز التنفسي في الجنين ، فإن تدخين الأم يغير المساحة داخل الرحم بحيث يعاني الطفل من مشاكل في الرئة ، والاستعداد لمرض الربو والمشاكل النفسية. الوزن عند الولادة والصعوبات الأخرى [Hollams، EM، de Klirk، NH، Holt، PG، & Sly، PD الآثار المستمرة لتدخين الأم أثناء الحمل على وظائف الرئة والربو لدى المراهقين. المجلة الأمريكية لطب الجهاز التنفسي والرعاية الحرجة 189 ، 401-407 (2014) ؛ Knopik ، VS ، Maccani ، MA ، Francazio ، S. ، و McGeary ، JE علم الوراثة اللاجيني لتدخين السجائر أثناء الحمل والآثار على نمو الطفل. التنمية والاعتلال النفسي 24 ، 1377-1390 (2012) ؛ Leslie، FM التأثيرات الوراثية اللاجينية متعددة الأجيال للنيكوتين على وظائف الرئة. طب بي إم سي 11 (2013). تم الاسترجاع من DOI: 10.1186 / 1741-7015-11-27 ؛ Moylan، S.، et al. أثر تدخين الأم أثناء الحمل على سلوكيات الاكتئاب والقلق لدى الأطفال: دراسة الأم والطفل النرويجي. طب بي إم سي 13 (2015). تم الاسترجاع من DOI: 10.1186 / s12916-014-0257-4].

وبالمثل ، في الكائنات الحية المختلفة ، من الخميرة إلى البشر ، غالبًا ما يلد الآباء الأكبر سنا مريضا أو يموتون بسرعة. على الرغم من أن انتقال الطفرات الجينية عبر الخط الجرثومي قد يساهم في هذه "آثار عمر الوالدين" ، يبدو أن الدور الرئيسي هنا يلعبه الميراث غير الجيني. لذلك ، على الرغم من أن بعض أنواع التأثيرات الأبوية تمثل آليات تطورية يمكنها تحسين لياقة الأفراد ، فمن الواضح أن بعض التأثيرات الأبوية تنقل الأمراض أو الإجهاد.هذه التأثيرات ، التي لا تتعلق بالقدرة على التكيف ، قابلة للمقارنة مع الطفرات الجينية الضارة ، على الرغم من أنها تختلف عنها في أنها تحدث في ظروف معينة.

تشير حقيقة أن الآثار الأبوية يمكن أن تكون ضارة في بعض الأحيان إلى أنه يجب أن يكون لدى الأحفاد طريقة للتخفيف من هذا الضرر ، ربما عن طريق حجب أنواع معينة من المعلومات غير الوراثية الواردة من الآباء. يمكن أن يحدث هذا حتى إذا تزامنت مصالح اللياقة البدنية للوالدين والأطفال ، لأن نقل الإشارات البيئية غير الصحيحة أو أمراض الوالدين سيؤثر سلبًا على كل من الآباء والأطفال. ومع ذلك ، كما لاحظ بعض العلماء ، نادرًا ما تتطابق اهتمامات اللياقة البدنية للآباء والأطفال تمامًا ، وبالتالي يمكن أن تصبح التأثيرات الأبوية في بعض الأحيان ساحة صراع بين الآباء والأطفال [Marshall، DJ & Uller، T. متى يكون التأثير الأمومي قابلاً للتكيف؟ Oikos 116 ، 1957-1963 (2007) ؛ Uller، T. & Pen، I. نموذج نظري لتطور التأثيرات الأمومية في ظل الصراع بين الأبناء والأبناء. تطور 65 ،2075-2084 (2011) ؛ Kuijper ، B. & Johnstone ، RA تأثيرات الأمهات وصراع الأبوين. التطور 72 ، 220-233 (2018)].

يحاول الأفراد وضع مواردهم بطريقة تزيد من لياقتهم البدنية. بتعبير أدق ، يشجع الانتقاء الطبيعي استراتيجيات "اللياقة الشاملة" للفرد وأقاربه. إذا كان الفرد يعتقد أنه يمكن أن ينتج أكثر من نسل واحد ، فإنه يواجه بالحاجة إلى اتخاذ قرار بشأن كيفية تقسيم الكعكة بين عدة أحفاد. على سبيل المثال ، يمكن للأمهات تحقيق أقصى قدر من النجاح الإنجابي من خلال إنتاج المزيد من الأطفال ، حتى إذا تم تقليل مساهمتها في كل طفل على حدة [Smith، CC & Fretwell، SD التوازن الأمثل بين حجم وعدد النسل. عالم الطبيعة الأمريكي 108 ، 499-506 (1974)]. ولكن بما أن كل طفل سيحصل على المزيد من الفوائد من خلال أخذ المزيد من الموارد من الأم ،إن مثل هذه الإستراتيجيات "الأنانية" للأمهات سوف تكلف الأطفال غاليًا والذين يمكنهم تطوير إستراتيجيات مضادة لاستخراج المزيد من الموارد من أمهاتهم.

لتعقيد الأمور أكثر ، من الضروري مراعاة أن مصالح الأم والأب يمكن أن تختلف أيضًا. كما أشار ديفيد هيج ، يمكن للآباء في كثير من الأحيان الاستفادة من مساعدة ذريتهم في الحصول على موارد إضافية من أمهاتهم ، حتى إذا كانت هذه العملية تضعف لياقة والدتهم. هذا لأنه عندما تتاح للذكور فرصة الحصول على ذرية مع العديد من الإناث ، يمكن لكل منها أيضًا التزاوج مع ذكور آخرين ، فإن أفضل استراتيجية للذكور هي استخدام موارد كل شريك بشكل أناني لإفادة ذريتهم. من المحتمل أن تكون النزاعات المماثلة بين الآباء والأطفال والأمهات والآباء حول مساهمة الموارد الأبوية مجالًا مهمًا ولكن لا يُدرَس في تطور الوراثة غير الجينية.

من بين جميع العوامل التي لا تعد ولا تحصى التي تشكل بيئة الحيوان ، فإن النظام الغذائي مهم بشكل خاص للياقة البدنية والصحة والعديد من الوظائف الأخرى. من غير المستغرب أن يكون للنظام الغذائي تأثير كبير على الأجيال القادمة. درس زميلي آثار النظام الغذائي على الذباب الجميل من عائلة neriidae يسمى Telostylinus angusticollis ، التي تتكاثر على لحاء الأشجار المتحللة على الساحل الشرقي لأستراليا. الذباب الذكري متنوع بشكل مدهش: في مجموعة نموذجية على جذع شجرة ، يمكن العثور على وحوش بطول 2 سم مع أقزام بقطر 5 ملم. ومع ذلك ، عندما يتم تربية الذباب على نظام غذائي يرقات قياسي في المختبرات ، فإن جميع الذكور البالغين متشابهون جدًا في الحجم ، مما يشير إلى أن التنوع في البرية يأتي من البيئة ، وليس من علم الوراثة ؛ بعبارة أخرى ، اليرقات ،الذين هم محظوظون بما يكفي للعثور على طعام غني بالمغذيات يكبرون في الكبار ، وأولئك الذين لا يحصلون على الطعام يتحولون إلى صغار.


على الرغم من عدم وجود "هدايا الزفاف" أو أشكال أخرى مقبولة بشكل عام من مساهمات الوالدين ، فإن ذباب Telostylinus angusticollis الذكري ، بعد أن تلقى كمية كافية من العناصر الغذائية في مرحلة اليرقات ، ينتج ذرية أكبر. في الصورة ، يقاتل رجلان من أجل أنثى تزاوج مع ذكر على اليمين.

ولكن هل أي من هذه الاختلافات الكبيرة في النمط الظاهري للذكور تسببها البيئة تنتقل عبر الأجيال؟ لمعرفة ذلك ، تسببنا في اختلافات في حجم أجسام الذكور ، وإطعام بعضهم بأغذية غنية بالعناصر الغذائية وأقاربهم - فقراء.

ونتيجة لذلك ، ظهر إخوة كبير وصغير ، ثم التزاوج مع الإناث اللاتي تم إطعامهن بنفس الطعام بالضبط. من خلال قياس النسل ، وجدنا أن الذكور الكبار ينتجون ذرية أكبر من إخوانهم الأصغر ، وقد أظهرت الدراسات اللاحقة أن هذا التأثير الأبوي غير الوراثي يتم التحكم فيه على الأرجح من خلال المواد المنقولة في السائل المنوي [Bonduriansky، R. & Head، M. آثار حالة الأمهات والأب على النمط الظاهري للنسل في Telostylinus angusticollis (Diptera: Neriidae). مجلة علم الأحياء التطوري 20 ، 2379-2388 (2007) ؛ Crean ، AJ Kopps ، AM ، & Bonduriansky ، R. إعادة النظر في الاتصال البُعدي: يرث النسل خاصية مكتسبة لزميل والدته السابق. رسائل علم البيئة 17 ، 1545-1552 (2014)]. ومع ذلك ، نظرًا لأن القذف T. angusticollis المنقول صغير الحجم ،أوامر بحجم أصغر من القذف النموذجي الذي يحتوي على المغذيات التي تنقلها ذكور بعض الحشرات ، في هذه الحالة ، على ما يبدو ، لا تنتقل المغذيات من الذكور إلى الإناث أو إلى نسلهم.

في الآونة الأخيرة ، وجدنا أن تأثيرات مشابهة يمكن أن تحدث أيضًا في النسل الذي تصوره الذكور الأخرى [Crean ، AJ Kopps ، AM ، & Bonduriansky ، R. إعادة النظر في الاتصال البُعدي: يرث النسل خاصية مكتسبة من رفيق أمهم السابق. رسائل علم البيئة 17 ، 1545-1552 (2014)]. تلقت أنجيلا كرين ذكورًا كبيرًا وصغيرًا بنفس الطريقة التي تم وصفها سابقًا ، ثم تزاوج كل أنثى مع كلا النوعين من الذكور. حدث التزاوج الأول عندما كان بيض الأنثى غير ناضج ، والثاني بعد أسبوعين من تطور البيض وتلقى قشرة لا يمكن اختراقها. بعد وقت قصير من التزاوج الثاني ، وضعت الإناث بيضها وتم جمع النسل لدراسة النمط الجيني وتحديد الأبوة. بما أن بويضات الذباب يمكن تخصيبها فقط في حالة النضج (عندما يدخل الحيوان المنوي من خلال فتحة خاصة في القشرة) ،ونادرًا ما تخزن الإناث الحيوانات المنوية لمدة أسبوعين ، ولم نفاجأ عندما كان جميع النسل تقريبًا أطفال ذكور يتزاوجون مع الإناث في النهج الثاني.

ولكن ، من المثير للاهتمام ، وجدنا أن النظام الغذائي اليرقي للشريك الأول لأمهم أثر على حجم أطفالهم. أي أن النسل كان أكبر عندما كان شريك والدته الأول يأكل جيدًا ، كونه يرقة ، على الرغم من أن هذا الذكر لم يكن والدهم. في تجربة منفصلة ، استبعدنا إمكانية أن تنظم الإناث مساهمتها في البويضات بناءً على تقديرات بصرية أو فرمون للذكر الأول ، مما أدى بنا إلى استنتاج أن جزيئات السائل المنوي للذكر الأول تم امتصاصها من قبل بيوض الأنثى غير المطورة (أو ، على سبيل المثال ، ثم أجبروا الإناث على تغيير إسهامهن في نمو البويضات) ، وبالتالي أثرن على نمو الأجنة الملقحة من قبل الذكر الثاني. هذه التأثيرات بين الأجيال غير الوالدية ( أطلق عليها أوغست وايزمان " التليغونيا ") , . [A telegony-like effect has now also been reported in Drosophila. See: Garcia-Gonzalez, F. & Dowling, DK Transgenerational effects of sexual interactions and sexual conflict: non-sires boost the fecundity of females in the following generation. Biology Letters 11 (2015)]. «» (-) , , .

هناك الكثير من الأدلة على أن النظام الغذائي للآباء والأمهات في الثدييات يؤثر على نمو الأطفال. بدأت الدراسات التجريبية لآثار النظام الغذائي على الفئران - وخاصة تقييد تناول العناصر الغذائية الأساسية مثل البروتين - في النصف الأول من القرن العشرين لدراسة الآثار الصحية لسوء التغذية. في ستينيات القرن العشرين ، وجد الباحثون باهتمام أن الفئران التي كانت تتبع نظامًا غذائيًا منخفض البروتين أثناء الحمل أنتجت أطفالًا وأحفادًا كانوا مؤلمين ونحيفين ولديهم دماغ صغير نسبيًا مع انخفاض عدد الخلايا العصبية وأداءهم ضعيف في الاختبارات على الذكاء والذاكرة. في السنوات الأخيرة ، تحول الباحثون ، باستخدام نماذج تجريبية من الفئران والجرذان ، إلى محاولات لفهم تأثير النظام الغذائي المفرط أو غير المتوازن ،في محاولة لفهم وباء السمنة بين الناس ، فقد ثبت الآن أن كلاً من حمية الأم والنظام الغذائي للأب يمكن أن يكون لها تأثير مختلف على نمو الأطفال وصحتهم. تحدث بعض هذه الآثار من خلال إعادة البرمجة الجينية للخلايا الجذعية الجنينية في الرحم. على سبيل المثال ، في الفئران ، يقلل النظام الغذائي للأم عالية الدهون من كميةالخلايا الجذعية المكونة للدم (أرومات الكريات البيض) التي تولد خلايا الدم ، واتباع نظام غذائي غني بالأدوية التي تنقل الميثيل يزيد عدد الخلايا الجذعية العصبية في الأجنة [Kamimae-Lanning، AN، et al. النظام الغذائي للأمهات الغنية بالدهون والسمنة يعرضان تكون الدم لدى الجنين. التمثيل الغذائي الجزيئي 4 ، 25-38 (2015) ؛ Amarger، V.، et al. يتفاعل محتوى البروتين والمتبرعون بالميثيل في النظام الغذائي الأمومي للتأثير على معدل الانتشار ومصير الخلايا الجذعية العصبية في الحصين الجرذ. المغذيات 6 ، 4200-4217 (2014)]. في الجرذان ، يقلل النظام الغذائي عالي الدهون من إنتاج الأنسولين وتحمل الجلوكوز في بناتهم [Ng، SF، et al. نظام غذائي مزمن يحتوي على نسبة عالية من الدهون في برامج الآباء ys خلل وظيفي في خلايا rat ذرية الفئران. الطبيعة 467 ، 963-966 (2010)]. تم الحصول على أدلة على آثار مماثلة في البشر.

إذا حاولت تقييم الحالة الحالية للمعرفة في مجال الوراثة الممتدة ، تتبادر إلى الذهن حالة علم الوراثة في عشرينيات القرن العشرين أو البيولوجيا الجزيئية في الخمسينيات. نحن نعلم ما يكفي لتقدير عمق جهلنا ، والاعتراف بالصعوبات المقبلة. ولكن هناك شيء واحد واضح بالفعل بالتأكيد - Galtonianتنتهك الافتراضات التي شكلت البحث التجريبي والنظري لما يقرب من مائة عام في العديد من السياقات ، مما يعني أن علماء الأحياء لديهم أوقات مثيرة للاهتمام في المستقبل. سيكون الباحثون التجريبيون منشغلين لسنوات عديدة بدراسة آليات الميراث غير الجيني ، ومراقبة تأثيرها البيئي ، وتحديد عواقبها التطورية. سيتطلب هذا العمل تطوير أدوات جديدة وتخطيط تجارب بارعة. سيكون لدى المنظرين مهمة بنفس القدر من الأهمية في تنقيح الأفكار والتنبؤات. على المستوى العملي ، بالنسبة للطب والرعاية الصحية ، من الواضح الآن أننا لا يجب أن نكون "مرسلات سلبيون للطبيعة التي تلقيناها" ، لأن تجربتنا الحياتية تلعب دورًا غير تافه في تكوين "الطبيعة" الوراثية التي نمررها لأطفالنا.

راسل بوندوريانسكي أستاذ في علم الأحياء التطوري بجامعة نيو ساوث ويلز في أستراليا. تروي داي أستاذ في قسم الرياضيات والإحصاء وقسم الأحياء في جامعة كوينز في كندا. مقتطفات من الوراثة الممتدة: فهم جديد للميراث والتطور بقلم راسل بوندوريانسكي ويوم تروي