راز بقا در دنیای بدون نر؛ چگونه برخی گونه‌ها میلیون‌ها سال با جنس ماده دوام آورده‌اند؟

خلاصه مقاله:

• در میان جانوران، برخی گونه‌ها وجود دارند که همه افراد آن‌ها ماده هستند و بدون حضور نرها تولیدمثل می‌کنند. این پدیده در گونه‌هایی مانند ماهی‌ها، خزندگان و کوسه‌ها دیده شده است. ماهی مولی آمازون یکی از مهم‌ترین این نمونه‌هاست که جمعیت‌های کاملاً ماده آن می‌توانند از طریق تولیدمثل کلونی، نسل‌هایی تقریباً مشابه از نظر ژنتیکی ایجاد کنند.
• در تولیدمثل جنسی معمول، ترکیب ژن‌های نر و ماده باعث افزایش تنوع ژنتیکی می‌شود، اما در گونه‌های بکرزا این تنوع کاهش می‌یابد و همین موضوع می‌تواند خطرپذیری در برابر بیماری‌ها را افزایش دهد. با وجود پیش‌بینی‌های نظری که چنین جمعیت‌هایی را ناپایدار و محکوم به انقراض می‌دانند، مولی آمازون بیش از ۱۰۰هزار سال به‌صورت پایدار باقی مانده است.
• پژوهش‌ها نشان می‌دهد سازوکارهایی مانند تبدیل ژنی و ژینوجنز می‌توانند تا حدی تنوع ژنتیکی را حفظ و به بقای طولانی‌مدت این گونه کمک کنند.
• بکرزایی تنها به ماهی‌ها محدود نیست و در گروه‌های مختلفی از جانوران از جمله برخی سوسمارها، دوزیستان، کوسه‌ها و حتی برخی پرندگان دیده شده و نشان می‌دهد تنوع تولیدمثلی در طبیعت بسیار گسترده‌تر از تصور قبلی است.

در میان شگفتی‌های دنیای زنده، یکی از غیرمعمول‌ترین پدیده‌ها وجود گونه‌هایی است که در آن‌ها همه افراد ماده هستند و بدون حضور نرها تولیدمثل می‌کنند. این گروه‌ها شامل گونه‌هایی مانند ماهی مولی آمازون (Poecilia formosa)، برخی سوسمارها و حتی گونه‌هایی از کوسه‌ها می‌شوند. چنین پدیده‌ای در نگاه نخست غیرممکن به‌نظر می‌رسد، اما پژوهش‌های زیستی نشان داده‌اند که این سیستم‌های تولیدمثلی واقعاً وجود دارند و حتی می‌توانند برای مدت‌های طولانی پایدار بمانند.

ماهی مولی آمازون یکی از شناخته‌شده‌ترین نمونه‌هاست. این ماهی که در رودخانه‌ها، دریاچه‌ها و باتلاق‌های مکزیک و تگزاس زندگی می‌کند، در بخش بزرگی از زیستگاه خود به صورت جمعیت‌هایی کاملاً ماده دیده می‌شود. نکته جالب اینجاست که در سال ۱۹۳۲، مولی آمازون به عنوان نخستین مهره‌داری شناخته شد که با کلون‌سازی تولیدمثل می‌کرد و جمعیت‌هایی کاملاً ماده ایجاد می‌کرد. به این معنا که بدون ترکیب ژنتیکی با نرها، نسل‌هایی تقریباً یکسان از نظر ژنتیکی تولید می‌شود. پژوهش‌های جدید ژنتیکی تلاش کرده‌اند توضیح دهند که این سیستم چگونه ممکن است در طول زمان پایدار بماند.

برای درک غیرمعمول بودن این پدیده، باید به الگوی معمول تولیدمثل در انسان و بیشتر جانوران نگاه کرد. در انسان، نسبت جنسیتی تقریباً برابر است و حدود ۵۰ درصد جمعیت را زنان تشکیل می‌دهند. البته در برخی کشورها مانند مالدیو (با حدود ۳۸ درصد زن) یا مولداوی (حدود ۵۴ درصد زن) این نسبت کمی متفاوت است، اما این تفاوت‌ها معمولاً به دلیل مهاجرت یا جابه‌جایی جمعیتی توضیح داده می‌شوند.

اما به‌گفته‌ی لوئیز جنتل، مدرس ارشد حفاظت از حیات وحش در دانشگاه ناتینگهام ترنت، در دنیای جانوران این تعادل می‌تواند بسیار شدیدتر به هم بخورد. برای مثال، در جمعیت پرندگان سلیم پاسیاه (Charadrius alexandrinus) که در آن نرها وظیفه اصلی مراقبت از جوجه‌ها را بر عهده دارند، تنها حدود ۱۴ درصد جمعیت را ماده‌ها تشکیل می‌دهند. درمقابل، در برخی لاک‌پشت‌های دریایی که جنسیت آن‌ها تحت تأثیر دمای محیط تعیین می‌شود، نسبت ماده‌ها می‌تواند به بیش از ۷۵ درصد برسد.

در مقابل، ماهی مولی آمازون از تولیدمثل غیرجنسی استفاده می‌کند. در این حالت، هیچ ترکیب ژنتیکی میان دو فرد وجود ندارد و فرزندان از نظر ژنتیکی تقریباً مشابه مادر هستند. این وضعیت در نگاه نخست ضعف بزرگی محسوب می‌شود، زیرا کاهش تنوع ژنتیکی می‌تواند جمعیت را در برابر بیماری‌ها بسیار آسیب‌پذیر کند. به عنوان مثال، اگر فردی به بیماری خاصی حساس باشد، احتمال زیادی وجود دارد که همه افراد جمعیت نیز همان آسیب‌پذیری را داشته باشند.

مشکل دیگری نیز در تولیدمثل غیرجنسی وجود دارد. گونه‌هایی که به صورت کلونی تولیدمثل می‌کنند، بیشتر در معرض انباشته شدن جهش‌های مضر قرار دارند. این پدیده که به جغجغه مولر (Muller’s ratchet) معروف است، پیش‌بینی می‌کند که جمعیت‌های کلونی در بلندمدت باید منقرض شوند، زیرا به‌تدریج جهش‌های زیان‌آور در آن‌ها جمع می‌شود و راهی برای حذف کامل آن‌ها وجود ندارد. بر اساس این نظریه، چنین جمعیت‌هایی نباید بیش از حدود ۱۰ هزار سال دوام بیاورند.

با این حال، ماهی مولی آمازون استثنای مهمی است. این گونه که از دورگه‌گیری میان دو گونه نزدیک به هم یعنی ماهی مولی آتلانتیک (Poecilia mexicana) و ماهی مولی باله‌بادبانی (Poecilia latipinna) به وجود آمده، بیش از ۱۰۰ هزار سال است بدون تولیدمثل جنسی پایدار مانده است. پرسش اصلی این است که چگونه چنین چیزی ممکن شده است؟

پژوهش‌ها نشان داده‌اند یکی از سازوکارهای کلیدی در این پایداری، فرآیندی به نام تبدیل ژنی (gene conversion) است. این فرآیند در بسیاری از موجودات از جمله انسان نیز وجود دارد و معمولاً برای ترمیم DNA آسیب‌دیده استفاده می‌شود. اما در مولی آمازون، این سازوکار نقش مهم‌تری پیدا کرده و تا حدی جایگزین نوترکیبی ژنتیکی شده است. به این ترتیب، برخی جهش‌های مضر حذف می‌شوند و برخی ویژگی‌های مفید حفظ می‌گردند. نتیجه این است که با وجود تولیدمثل غیرجنسی، این ماهی همچنان می‌تواند تا حدی تنوع و سازگاری ژنتیکی خود را حفظ کند و حتی تفاوت‌هایی میان جمعیت‌های مختلف از نظر شکل بدن و سازگاری با محیط نشان دهد.

تولیدمثل در مولی آمازون از طریق فرآیندی به نام بکرزایی انجام می‌شود. در این حالت، فرزندان از تخمک بارورنشده ایجاد می‌شوند. این روش باعث می‌شود که اگر فردی موفق و سازگار با محیط باشد، بتواند به سرعت جمعیت بزرگی از کلون‌های خود را ایجاد کند. چنین ویژگی‌ به این گونه اجازه می‌دهد که در صورت ورود به زیستگاه‌های جدید، بسیار سریع گسترش یابد.

بکرزایی در همه گونه‌ها یکسان نیست. در حالت «اجباری»، گونه تنها از این روش تولیدمثل می‌کند، مانند مولی آمازون. اما در حالت «اختیاری»، برخی گونه‌ها می‌توانند بین تولیدمثل جنسی و غیرجنسی تغییر حالت دهند. برای مثال، خرچنگ مرمری (Procambarus virginalis) در زیستگاه اصلی خود به صورت جنسی تولیدمثل می‌کند، اما در محیط‌های جدید می‌تواند به سرعت ازطریق بکرزایی جمعیت‌های بزرگ ایجاد کند، حتی اگر فقط یک ماده وارد آن محیط شده باشد.

در مورد مولی آمازون، نوع خاصی از بکرزایی وجود دارد که ژینوجنز (gynogenesis) نام دارد. در این روش، برای شروع رشد تخمک، وجود اسپرم ضروری است، اما اسپرم در ساختار ژنتیکی فرزند وارد نمی‌شود. به همین دلیل، ماده‌ها همچنان باید با نرهای گونه‌های نزدیک جفت‌گیری کنند، اما اطلاعات ژنتیکی آن نرها در نسل جدید ثبت نمی‌شود.

این ویژگی پیامدهای جالبی نیز دارد. مولی آمازون با نرهای گونه‌های نزدیک و تولیدمثل‌کننده جنسی جفت‌گیری می‌کند. هرچند این نرها ژن‌های خود را منتقل نمی‌کنند، این تعامل همچنان می‌تواند برای آن‌ها سودمند باشد. دلیل آن این است که رفتار جفت‌گیری در جانوران اغلب تحت تأثیر مشاهده و انتخاب اجتماعی است؛ یعنی زمانی که ماده‌های گونه‌های دیگر نرهایی را در کنار مولی آمازون می‌بینند، احتمال دارد آن نرها را برای جفت‌گیری انتخاب کنند.

پدیده بکرزایی به ماهی‌ها محدود نیست. در میان بی‌مهرگان، این روش در مورچه‌ها، زنبورها و زنبورهای بدون نیش بسیار رایج است. اما در مهره‌داران نادرتر است، هرچند در برخی گروه‌ها ازجمله برخی ماهی‌ها، دوزیستان، خزندگان مانند اژدهای کومودو (Varanus komodoensis)، برخی پرندگان مانند رخ‌کرکس کالیفرنیا (Gymnogyps californianus) و حتی برخی کوسه‌ها مانند کوسه‌های سرچکشی، دیده شده است.

در میان خزندگان، برخی سوسمارهای دم‌شلاقی نمونه‌ای جالب هستند که در آن‌ها نزدیک به یک‌سوم گونه‌ها تنها از افراد ماده تشکیل شده‌اند. سوسمار دم‌شلاقی نیومکزیکو (Aspidoscelis neomexicana) برای تولیدمثل نیازی به اسپرم ندارند، اما رفتار جفت‌گیری همچنان نقش تحریک‌کننده در تخمک‌گذاری دارد.

یکی دیگر از نمونه‌های شناخته‌شده، مار کور برهمنی (Indotyphlops braminus) است که گاهی به نام «مار گلدانی» نیز شناخته می‌شود، زیرا می‌تواند در گلدان‌های گیاهان جابه‌جا شود. این تنها گونه شناخته‌شده از مارهاست که به طور کامل و دائمی از طریق بکرزایی تولیدمثل می‌کند. نکته جالب درباره این گونه این است که برخلاف بیشتر جانوران، دارای سه نسخه از هر کروموزوم است، نه دو نسخه. این وضعیت احتمالاً به دلیل خطای تقسیم سلولی در طول تاریخ تکاملی آن ایجاد شده است.

افزایش تعداد کروموزوم‌ها در برخی گونه‌های دیگر نیز دیده می‌شود؛ برای مثال در ماهی سالمون چهار نسخه و در ماهیان خاویاری تا هشت نسخه از کروموزوم وجود دارد. چنین افزایش‌هایی می‌تواند تا حدی تنوع ژنتیکی را افزایش دهد و به پایداری جمعیت‌های کلونی کمک کند.

با توجه به این یافته‌ها، دانشمندان معتقدند ممکن است گونه‌های تماماً ماده یا بکرزا در طبیعت بسیار بیشتر از آن چیزی باشند که تاکنون شناسایی شده‌اند. حتی در سال‌های اخیر، کشف‌های غیرمنتظره‌ای درباره ویژگی‌های تولیدمثلی در جانوران نشان داده است که هنوز بسیاری از جنبه‌های تنوع زیستی برای ما ناشناخته باقی مانده‌اند.