معمای تکامل؛ جانداران چگونه به گونه‌های مختلف تبدیل می‌شوند؟

معمای تکامل؛ جانداران چگونه به گونه‌های مختلف تبدیل می‌شوند؟

اخیرا زیست‌شناسی آلمانی با مطالعه کلاغ‌ها به حل معمای چندصدساله‌ای در زمینه فرایندهایی که به پیدایش گونه‌های جدید منجر می‌شود، کمک کرده است.

جوکن ولف، زیست‌شناس تکاملی، زمانی که ما (بن کریر، نویسنده مجله نیویورکر) اولین بار باهمدیگر صحبت کردیم، در آوریل ۲۰۲۰ و دوران خانه‌نشینی در آلمان، از خانه مشغول به کار بود و آزمایشگاه او در دانشگاه لودویگ ماکسیمیلیان در مونیخ برای هفته‌ها تعطیل بود.

با‌این‌حال، یادآوری از پژوهش‌های او، وی را از دفترش دنبال کرده بود. ولف از تراس پشت‌بامی خود گفت: «یک لانه کلاغ درست جلوی چشم من است.» لانه به‌خوبی بالای درخت کاج نوئل بلندی پنهان شده بود. اگرچه ولف از میان شاخه‌ها می‌توانست کلاغ ماده‌ای را ببیند که روی تخم‌های خود نشسته است.

در طول سال‌ها، ولف بارها برای جمع‌آوری مواد ژنتیکی از لانه کلاغ‌ها از درختان مشابهی بالا رفته بود. او همچنین نمونه‌هایی را از بازدارانی جمع‌آوری کرده بود که بازهای آن‌ها پرندگان را شکار می‌کردند. ولف با مقایسه ژنوم کلاغ‌های اروپایی می‌خواست اطلاعات جدیدی را برای یکی از قدیمی‌ترین و لاینحل‌ترین بحث‌های زیست‌شناسی فراهم کند.

دانشمندان بیش از یک میلیون گونه مختلف را نام‌گذاری کرده‌اند؛ اما همچنان بر سر این موضوع بحث می‌کنند که چگونه یک گونه خاص به گونه‌ی دیگر تکامل پیدا می‌کند و حتی درباره تعریف دقیق گونه به توافق نمی‌رسند. چارلز داروین سه سال پیش از انتشار کتاب منشا گونه‌ها در سال ۱۸۵۹، به یکی از دوستان خود نوشت: «من تعاریف گونه‌ها را باهم مقایسه کرده‌ام. واقعا خنده‌دار است که می‌بینم چه ایده‌های متفاوتی از ذهن طبیعت‌شناسان مختلف بیرون می‌آید.»

این مسئله تاحدودی امروز هم وجود دارد. به‌سختی می‌توان تعریفی از گونه را پیدا کرد که برای موجودات متفاوتی از بازها گرفته تا درختان نوئل به کار آید. به‌طور مشابه، ترسیم مرزی بین موجوداتی که میان آن‌ها تفاوت‌های کوچکی وجود دارد، مانند بازهای آمریکای شمالی، بازهای اروپا و بازهای سیبری دشوار است. آیا آن‌ها گونه‌های جداگانه، زیرگونه یا فقط جمعیت‌هایی از یک نوع هستند که هریک در منطقه‌ای سازگار شده‌اند؟

کلاغ / crow

در آخرین عصر یخبندان، یخچال‌های طبیعی یکی از جمعیت‌های اجدادی کلاغ‌ها را تقسیم کرد: گروهی به کلاغ‌های کاملا سیاه لاشه و گروه دیگر به کلاغ‌های ابلق با سینه و تنه خاکستری تبدیل شدند.

تصور داروین این بود که عدم وضوح در مرز بین گونه‌ها نشانه‌ی این است که جهان زنده حاصل آفرینش نیست؛ بلکه درواقع در طول زمان در حال تغییر است. او زیست‌شناسان را تشویق کرد تا گونه‌ها را صرفا به‌عنوان ترکیبات مصنوعی ساخته‌شده برای راحتی درنظر بگیرند که هرگز به‌طور کامل با طبیعت سازگار نمی‌شوند (انسان این اصطلاح را ایجاد کرده است که لزوما چیزی کاملا منطبق بر آن در واقعیت وجود ندارد). او نوشت: «باید از جست‌وجوی بیهوده برای ماهیت کشف‌نشده و کشف‌نشدنی اصطلاح گونه رها شویم.»

اگرچه عدم صراحت او درخصوص تعریف گونه به مذاق برخی از دانشمندان آن زمان خوش نیامد. یکی از تأثیرگذارترین زیست‌شناسان تکاملی قرن بیستم یعنی ارنست مایر، پرنده‌شناس متولد آلمان به داروین حمله کرد، چراکه نتوانسته است موضوعی را که در عنوان کارش آمده است، حل کند. مایر در سال ۱۹۶۳ نوشت: «داروین نشان داده بود انتخاب طبیعی چگونه یگ گونه را به محیط زندگی آن سازگار می‌کند؛ اما هرگز به‌طور جدی در راستای تجزیه‌و‌تحلیل دقیقی از مسئله تکثیر گونه‌ها یعنی تقسیم‌شدن یک گونه به دو گونه تلاشی نکرده بود.»

مایر که بیشتر دوران حرفه‌ای خود را در هاروارد سپری کرد، گونه‌زایی را مهم‌ترین رویداد فرایند تکامل خواند و جدایی تولیدمثلی را به‌عنوان معیار عینی برای درک آن پیشنهاد کرد: اعضای یک گونه‌‌ی دارای تولیدمثل جنسی می‌توانند با یکدیگر تولیدمثل کنند اما با افراد گونه‌های دیگر نه. برای دهه‌ها، استدلال‌های مایر بر تفکر تکاملی حاکم بود؛ اما زمانی که ولف با مسئله گونه مواجه شد، این توافق‌نظر در دهه ۲۰۰۰، در حال فروریختن بود.

ولف در دوران دانشجویی مفهوم گونه زیستی مایر را آموخته بود؛ اما همچنین با ده‌ها مفهوم دیگر از گونه نیز آشنا شده بود که معیار‌های دیگری مانند شکل حیوان، اکولوژی، تاریخچه تکاملی و توانایی تشخیص جفت‌های بالقوه را در‌نظر می‌گرفتند. (فیلسوفان نیز به این بحث پیوسته بودند و سؤالات پیچیده‌ای درباره‌ی وضعیت هستی‌شناسی یک گونه مطرح کرده بودند). ولف گفت: «هرچه بیشتر به آن نگاه می‌کردید، بیشتر گیج می‌شدید. مایر نوشته بود «فرایند گونه‌زایی تا زمانی که ماهیت گونه و تنوع جغرافیایی آن مشخص نشود، قابل درک نیست»؛ اما با گذشت زمان، ولف به باوری خلاف آن رسید: ماهیت یک گونه تا زمانی که فرایند گونه‌زایی (فرازو‌نشیب اختلاف‌های ژنتیکی بین جمعیت‌ها و تکامل جدایی تولیدمثلی) مشخص نشود، قابل درک نیست.

وقتی من و ولف صحبت می‌کردیم، یک جفت کلاغ روی بالکن خانه‌ی من در برلین نشستند. از زمان آغاز دنیاگیری، من تخم‌مرغ آب‌پز و بادام زمینی به آن‌ها می‌دادم. آن صبح ظرف آبی نیز برای آن‌ها گذاشتم. پرندگان مثال خوبی از مسئله گونه بودند. در مونیخ، ولف در حال تماشای کلاغ‌های لاشه کاملا سیاه بود. در برلین، من کلاغ‌های ابلق را می‌دیدم که سینه و بدن خاکستری رنگی داشتند.

در آخرین عصر یخبندان، یخچال‌های آلپ و اسکاندیناوی یکی از جمعیت‌های اجدادی کلاغ‌ها را به دو قسمت تقسیم کرد. در آن زمان، تمامی کلاغ‌ها احتمالا سیاه بودند. جمعیت شرقی به بالکان یا خاورمیانه پناهنده شد و به دلیلی به رنگ خاکستری درآمد (شاید پرهای روشن‌تر به آن‌ها کمک می‌کرد تا خنک‌تر بمانند)، درحالی‌که جمعیت غربی به سمت اسپانیا عقب‌نشینی کرد. دوازده هزار سال پیش، زمانی که یخچال‌ها ذوب شد، دو جمعیت دوباره در اروپای مرکزی در کنار هم قرار گرفتند.

کلاغ‌های لاشه و کلاغ‌های ابلق گاهی‌اوقات در منطقه مخلوط که از شهرهایی مانند درسدن و وین عبور می‌کرد، باهم تلاقی پیدا می‌کردند و فرزندان بارور و سالمی تولید می‌کردند؛ اما پرندگان در هر دو سمت این ناحیه، هویت متمایز خود را حفظ می‌کردند. خود مایر هم متعجب بود که چرا این دو گروه در یک جمعیت واحد باهم ترکیب نشده‌اند. دیگران آن‌ را به‌عنوان موردی می‌دیدند که با ایده‌های مایر مغایرت دارد.

ولف بر این باور بود که با استفاده از فناوری قدرتمند توالی‌یابی ژنوم می‌تواند پاسخ معمای گونه کلاغ را پیدا کند؛ اما اولین نتایج او که سال ۲۰۱۴ در مجله‌ی Science منتشر شد، نشان داد هر مفهومی از گونه برای توصیف واقعیت تکامل کلاغ‌ها و به تبع آن، پیچیدگی جهان طبیعی ناکافی است. پیتر دنیف، ژنتیک‌دان هلندی در تفسیری که همراه مطالعه ولف منتشر شد، نوشت: «هر چقدر هم تلاش کنیم، یک مفهوم قوی، جامع و عینی از گونه نمی‌تواند وجود داشته باشد.» درعوض، حوزه علمی نوظهوری به نام ژنومیک گونه‌زایی در حال پشت سر گذاشتن مفهوم گونه بود.

چند هفته پس از تماس تلفنی من با ولف، آلمان محدودیت‌های سفر را برداشت و من برای ملاقات با او، با قطار از برلین به مونیخ رفتم. مسیر سفر من از منطقه هیبرید کلاغ‌ها می‌گذشت؛ اما هیچ پرنده‌ای ندیدم تا اینکه در آن سمت پیاده شدم. یک جفت کلاغ لاشه روی آنتن پشت‌بام آن سمت خیابانی که اتاق هتل من در آن قرار داشت، نشسته بودند. پس از ماه‌ها تماشای کلاغ‌های ابلق از آپارتمانم در برلین، فکر می‌کردم کلاغ‌های لاشه مانند مکائو سنبلی تماشایی هستند.

ولف مطالعه پرنده‌های محلی را از دهه‌ی چهارم زندگی آغاز کرده بود. او که در سال ۱۹۷۶ در خارج از مونیخ متولد شد، دوران کودکی خود را در جنگل‌های بایرن سپری کرده بود که اطراف آلپ قرار دارد و برای اینکه بتواند در این محیط بماند، به سمت زیست‌شناسی کشیده شد. او بعدا رفتار گرگ‌ها در لهستان، خرس‌های سیاه در مین و شیرهای دریایی را در جزایر گالاپاگوس مورد مطالعه قرار داد. در گالاپاگوس، طبیعی بود که به داروین و تکامل علاقمند شود. ولف گفت: «این سؤال برای شما به وجود می‌آید که چرا این توله می‌ماند و بزرگ و سالم می‌شود ولی دیگری نه.»

ولف به‌عنوان دانشجوی دکتری، در اوایل دهه‌ی ۲۰۰۰، می‌خواست بداند که آیا شیرهای دریایی عمدتا به اعضای خانواده خود وابسته‌اند یا با افراد غیرخویشاوند نیز رابطه برقرار می‌کنند. او در میان شیرهای دریایی نشسته در ساحل، حرکت کرد و به‌کمک یکی از همکارانش از باله‌های آن‌ها نمونه گرفت. او سپس با استفاده از روشی که توسط دیتهارد توتز، ژنتیک‌دان آلمانی اختراع شده بود، رابطه خویشاوندی بین شیرهای دریایی را مشخص کرد.

ولف برای اینکه نمونه‌های بافت را در آزمایشگاه توتز تجزیه‌و‌تحلیل کند، به کلن رفت. از آغاز دهه‌ی ۱۹۸۰، توتز کار خود را صرف توالی‌یابی DNA کرده بود و هر بار فقط روی چند صد جفت باز تمرکز می‌کرد. او می‌خواست بداند آیا DNA می‌تواند معمای گونه را حل کند. چند دهه پیش‌تر، مایر استدلال کرده بود که جدایی تولیدمثلی فقط با جدایی جغرافیایی و پس از اینکه مانع فیزیکی عبورناپذیری مانند رشته‌کوه یا رودخانه یک جمعیت را به دو قسمت تقسیم می‌کند، ایجاد می‌شود. بدون مهاجرت، دو جمعیت به دو گونه‌ی متفاوت تکامل پیدا می‌کنند که حتی با از بین رفتن مانع می‌توانند همچنان جدا بمانند.

مدل فوق که مایر آن را گونه‌زایی ناهمجا (آلو پاتريک) نامید، در کتاب‌های درسی به استاندارد گونه‌زایی تبدیل شد. این در حالی بود که بسیاری از موجودات زنده به‌نظر می‌رسید بدون مانع جغرافیایی تکامل پیدا کرده باشند.

برای مثال، برخی از دریاچه‌های آفریقایی حاوی صدها گونه ماهی رنگارنگ به نام سیکلید هستند. تصور اینکه هریک از این گونه‌ها به‌طور جداگانه و در منطقه‌ی جدا تکامل پیدا کرده باشند، دشوار بود؛ اما مایر و دیگر دانشمندان برجسته زیست‌شناسی تکاملی در اواسط قرن، ایده‌های دیگر را نادیده می‌گرفتند. مایر درباره‌ی ماهی‌های مذکور می‌نویسد: این گونه‌ها پس از تکامل باهم در تماس قرار گرفته‌اند.

برای توتز، سؤال مهم این نبود که آیا گونه‌زایی ناهمجا معتبر است (همه اعتبار آن را قبول داشتند)؛ بلکه این بود که آیا تنها راهی است که طی آن‌گونه‌ها می‌توانند ایجاد شوند.

سیکلید نوعی ماهی / cichlids

در اوایل دهه ۱۹۹۰، یکی از شاگردان توتز به نام اولریک شلیوین، نمونه‌هایی از سیکلیدها را برای او آورد که از دو دریاچه آتشفشانی کوچک در کامرون جمع‌آوری کرده بود. هیچ مانعی در هر یک از دریاچه‌ها وجود نداشت و هیچ شکل مختلط باروری از ماهی‌ها نیز دیده نمی‌شود. در این مورد، یا طبق ادعای مایر، هرگونه در جای دیگری تکامل پیدا کرده بود و پیش از انقراض جمعیت اولیه به دریاچه هجوم آورده بود یا همه باهم طی فرایند «گونه‌زایی هم‌بوم» در دریاچه تکامل پیدا کرده بودند.

شلیوین و توتز قطعه کوتاهی از DNA میتوکندریایی ماهی‌ها را توالی‌یابی کردند. آن‌ها با مقایسه توالی‌ها، توانستند زمان آخرین جد مشترک این موجودات را مشخص کنند. نتایج نشان می‌داد دو جد ۲۰ گونه مختلف در هر دریاچه زندگی می‌کردند و سپس به گونه‌های مختلف تبدیل شده‌اند. این شاهد محکمی از گونه‌زایی هم‌بوم بود.

نیچر مطالعه شلیوین و توتز را در سال ۱۹۹۴ منتشر کرد. سال بعد، زیست‌شناسی به نام جیمز مالِت در مقاله‌ای در مجله‌ی Trends in Ecology & Evolution، به خود مفهوم گونه زیستی حمله کرد و گفت این تعریف نه در عمل مفید است و نه در تئوری تکاملی. مالت در پژوهش‌های خود هیبریدشدگی‌های مکرری را میان گونه‌های شناخته‌شده پروانه‌های گرمسیری شناسایی می‌کرد. دانشمندان دیگر در حال کشف هیبریدشدگی‌های طبیعی بین گرگ‌ها و کایوت‌ها، نهنگ‌های آبی و نهنگ‌های تیغ‌باله و انسان‌ها و نئاندرتال‌ها بودند.

جدایی تولیدمثلی به‌طور آشکار برای موجودات دارای تولیدمثل جنسی نقطه‌ی بی‌بازگشتی در فرایند گونه‌زایی بود. یک باز و یک درخت کاج نوئل نمی‌توانند تولیدمثل کنند؛ اما دیگر آن‌طور که مایر پیشنهاد کرده بود، مطلق یا نقض‌ناپذیر به‌نظر نمی‌رسید. مالت نوشت: «فرایندهای منجر به گونه‌زایی ناگهانی نبوده بلکه پیوسته‌اند.» برخی دانشمندان با تلاش برای ارائه مفاهیم جدید و بهتر از گونه به این افشاگری‌ها پاسخ دادند. دیگران، مانند توتز و مالت تصمیم گرفتند روی فرایند گونه‌زایی تمرکز کنند.

ولف که در آزمایشگاه توتز کار می‌کرد، برخی از تجربیات خود در گالاپاگوس را به خاطر آورد. حتی اگر یک شیر دریایی می‌توانست در تمام آب‌های مجمع‌الجزایر گالاپاگوس شنا کند، تفاوت‌هایی بین شیرهای دریایی در جزایر غربی و مرکزی وجود داشت. شیرهای دریایی غربی عمدتا جانوران اعماق دریا را شکار می‌کردند، درحالی‌که شیرهای دریایی مرکزی در آب‌های کم‌عمق و گرم‌تر به‌دنبال غذا بودند. شکل جمجمه حیوانات در این دو جامعه متفاوت بود. آیا ژنوم آن‌ها نیز باهم فرق داشت؟

چند سال پیش، بیشتر دانشمندان فکر می‌کردند پاسخ این سؤال منفی است؛ اما ولف و تونز در توالی‌یابی قطعات کوتاهی از ژنوم، تفاوت‌های ژنتیکی مطابق با الگوهای تغذیه و ریخت‌شناسی را پیدا کردند. آن‌ها در سال ۲۰۰۸، نتیجه‌گیری کردند که مدل آلوپاتریک یا جغرافیایی نتیجه‌ی زمانی بود که مطالعه گونه‌زایی فقط مدت طولانی پس از تکمیل فرایند گونه‌زایی ممکن بود.

تعیین توالی DNA به دانشمندان کمک کرد تا گونه‌زایی را حین رخداد آن بررسی کنند. شیرهای دریایی در امتداد چیزی قرار می‌گرفتند که مالت و دیگر آن را تسلسل گونه‌ها نامیده بودند. ولف و توتز نوشتند: «تفاوت‌های آن‌ها ممکن است به‌طور بالقوه در طول زمان به پیدایش گونه جدید منجر شود.»

توتز از ولف خواست در آزمایشگاه او بماند. ولف موافقت کرد. ولف گفت: «توتز به من یاد داد تا بزرگ فکر کنم. برای پرداختن به یک سؤال اساسی، معمولا به حجم نمونه بزرگ و منابع و زمان زیاد نیاز است. او به من کمک کرد تا شجاعت شروع پژوهش درزمینه کلاغ‌ها را پیدا کنم.»

ولف در سال ۲۰۰۷، به‌دنبال توتز به مؤسسه زیست‌شناسی تکاملی ماکس پلانک در پلون، شهر کوچکی در کنار دریاچه‌ای نزدیک مرز دانمارک رفت. در آنجا بود که ولف هنگام مرور کتاب‌های مربوط به پرندگان اروپایی به کلاغ‌ها علاقمند شد. اگر بادام زمینی را روی لبه‌ی هر پنجره‌ای در اروپا می‌گذاشتید، احتمال زیادی وجود داشت که یک کلاغ (یا کلاغ لاشه یا ابلق) اولین حیوانی باشد که آن را برمی‌دارد.

کلاغ لاشه و کلاغ ابلق / crow

طبقه‌بندی کلاغ‌های اروپایی قرن‌ها مشکل‌ساز بوده است. کارل لینه، گیاه‌شناس سوئدی که سیستم مدرن طبقه‌بندی موجودات زنده را ابداع کرد، اولین‌بار در سال ۱۷۵۸ کلاغ‌های لاشه و ابلق را به‌عنوان گونه‌های جداگانه طبقه‌بندی کرد. از آن زمان، بسیاری از تاکسونومیست‌ها استدلال کرده‌اند که باید آن‌ها را زیرگونه درنظر گرفت.

از یک سو، کلاغ‌ها ازنظر ظاهری و جغرافیایی متمایز بودند و از سوی دیگر، آن‌ها ازنظر اکولوژیکی یکسان بودند و فرزندان بارور تولید می‌کردند. اگرچه حتی درون منطقه هیبرید کلاغ‌های لاشه و کلاغ‌های ابلق معمولا با جفتی از نوع خود جفت‌گیری می‌کردند، آن‌ها به‌ندرت یک جفت هیبرید تشکیل دادند. کلاغ‌های هیبرید مخلوطی از ظاهر والدین خود را داشتند: خاکستری‌تر از کلاغ‌های لاشه، تیره‌تر از کلاغ‌های ابلق. الگوی روی سینه آن‌ها گاهی اوقات طرح جناغی داشت.

برای ولف سؤال جالب این نبود که آیا باید کلاغ‌ها را گونه یا زیرگونه ‌نامید؛ بلکه این بود که آن‌ها چگونه با وجود جریان ژنی در منطقه هیبرید، محدوده و ظاهر متمایز خود را حفظ کرده‌اند. در سال ۲۰۰۸، ولف بودجه‌ای برای مطالعه مسئله کلاغ‌ها دریافت کرد. در دانشگاه اوپسالا در سوئد که لینه در آن زمانی زیست‌شناسی تدریس می‌کرد، ولف با دانشجوی دکترایی از کشور هلند کار می‌کرد که یلمر پولسترا نام داشت.

این دو پژوهشگر به‌دنبال تفاوت‌های ژنتیکی بین کلاغ‌ها بودند. فناوری آن‌ها را به توالی‌یابی فقط چند صد جفت باز در هر زمان محدود می‌کرد. یک سال گذشت و آن‌ها چیزی پیدا نکردند. ولف همچنین با فناوری جدیدی به نام توالی‌یابی پرتوان شروع به کار کرد. برای توالی‌یابی اولین ژنوم انسان ۱۳ سال زمان و میلیاردها دلار هزینه صرف شده بود. اکنون پیشرفت در قدرت محاسباتی و شیمی این امکان را فراهم می‌کرد تا کل ژنوم را با چند هزار دلار و طی چند روز توالی‌یابی کرد.

ولف یکی از اولین زیست‌شناسان تکاملی بود که توالی‌یابی پرتوان را در این حوزه از علم به کار برد. او در تلاش برای شناسایی آخرین تفاوت‌های ژنتیکی میان جمعیت‌های کلاغ‌های لاشه و کلاغ‌های ابلق، ژنوم کامل ۶۰ کلاغ را به دست آورد. ولف و پولسترا به‌کمک پژوهشگران دیگر، سال‌های زیادی را پشت کامپیوترهای خود گذراندند و ترابایت‌ها داده را بررسی و ژنوم هر کلاغ را هم‌ردیف‌سازی کردند. وقتی آن‌ها اولین‌بار در سال ۲۰۱۲ نتایج را دیدند، ولف فکر می‌کرد اشتباه کرده‌اند. ژنوم کلاغ‌های لاشه و ابلق تقریبا به‌طور‌کامل باهم مطابقت داشت و یکسان بود.

در بین کلاغ‌ها به‌صورت انفرادی تفاوت‌هایی وجود داشت؛ اما فقط ۰/۲۸ درصد از ژنوم کلاغ‌ها را می‌شد برای تفکیک افراد به جمعیت‌های کلاغ لاشه و کلاغ ابلق به کار برد. درحقیقت، کلاغ‌های لاشه آلمان درمقایسه‌با دیگر کلاغ‌های لاشه از اسپانیا، ازنظر DNA شباهت بیشتری با کلاغ‌های ابلق آلمان داشتند.

فقط ۸۲ جفت باز وجود داشت که هرگز باهم مطابقت نداشتند (کمتر از یک ده میلیونیوم از یک درصد از کل ژنوم). این مقدار آن‌قدر کوچک است که ازنظر آماری معنایی ندارد. درمقابل، انسان‌ها میلیون‌ها تفاوت ژنتیکی ثابت با شامپانزه‌ها یعنی نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده خود دارند. حتی تاکسونومیست‌هایی که می‌خواستند کلاغ‌ها را به‌عنوان یک گونه واحد قلمداد کنند، انتظار تفاوت‌های بیشتری را داشتند.

تقریبا به همان اندازه که تعداد اندک تفاوت‌های ثابت شگفت‌آور بود، توزیع آن‌ها در ژنوم نیز موجب شگفتی بود. ۸۲ تفاوت به‌صورت یکنواخت در میان ۱/۲ میلیارد جفت باز DNA کلاغ پراکنده نشده بود. ۸۱ مورد از آن‌ها روی کروموزوم ۱۸ در منطقه‌ای جمع شده بودند که در تولید ملانین نقش دارد. ملانین رنگدانه‌ای است که باعث سیاه‌شدن رنگ پر می‌شود.

مایر زمانی نوشته بود: «درنظر گرفتن ژن‌ها به‌عنوان واحدهای مستقل بی‌معنا است.» او بر این باور بود که ژن‌های یک گونه خاص باهم کار می‌کنند تا کلیتی را به وجود بیاورند که هماهنگ و یکپارچه است. تئوری او این بود که حتی آثار اندک ژن‌های بیگانه موجب کاهش سازگاری گونه می‌شود. به‌همین‌دلیل، او اصرار داشت گونه‌زایی به مانع جغرافیایی غیرقابل عبوری نیاز دارد؛ اما بخش کوچکی از کروموزوم ۱۸ کلاغ‌ها درواقع به‌طور مستقل از تمام مناطق همسایه‌ی خود در حال تکامل بود. برخی فشارهای انتخابی فقط روی همین بخش کوچک در حال عمل بود.

به‌گفته‌ی ولف، در بحث پیرامون مفاهیم گونه برای مدت‌ها فرض می‌شد ژنومی که به آن نگاه می‌کنید، یک واحد است؛ اما به‌نظر نمی‌رسید این‌طور باشد. ولف گفت: «ژن‌های متفاوت، رفتار بسیار متفاوتی دارند.» برخی ژن‌ها ممکن است ازطریق هیبریداسیون و فرایندهای دیگر از مرز گونه عبور کنند. برخی دیگر مانند ژن ملانین کلاغ‌ها ممکن است ثابت بمانند و تمایز گونه‌ها را حفظ کنند. ولف گفت ممکن است فقط با یک جهش واحد بین دو گونه جدایی تولیدمثلی رخ دهد یا ممکن است پیش از آنکه گونه‌ها دیگر نتوانند تولیدمثل کنند، نیاز باشد که صدها ژن تمایز پیدا کنند.

ایجاد گونه های مختلف با تغییرات DNA

گونه‌زایی ممکن است با ژن‌های مرتبط با ظاهر، رفتار، تولیدمثل یا اکولوژی شروع شود. تغییرات اولیه که فرایند گونه‌زایی را آغاز می‌کند، می‌تواند طی زمان ثابت بماند یا اینکه با گذشت زمان ناپدید شود. تفاوت‌های جدید ممکن است در پشت آن‌ها جمع شود و جمعیت‌ها را از هم دورتر کند.

ژنوم غراب معمولی در غرب آمریکای شمالی شواهدی از وارونگی گونه‌زایی را نشان می‌دهد: دو جمعیت باستانی یک تا دو میلیون سال پیش از هم جدا شدند که معمولا به اندازه کافی برای بیشتر پرندگان طولانی است تا جدایی تولیدمثلی را تکامل دهند و سپس دوباره باهم ترکیب شدند. زیست‌شناسانی که از این دیدگاه داروین ناراضی بودند که گونه‌ها را صرفا به‌عنوان ترکیبات مصنوعی ساخته‌شده برای راحتی تعریف می‌کرد، به‌دنبال یافتن راهی قطعی برای تعیین زمان ایجاد یک گونه بودند؛ اما توالی‌یابی ژنوم نشان داد داروین به حقیقت نزدیک‌تر بوده است.

چانگ ای وو، زیست‌شناسی از دانشگاه شیگاگو گفت: «اینکه چه زمانی تصمیم می‌گیرید تا آن‌ها را گونه بخوانید، باید بستگی به این موضوع داشته باشد که چرا می‌خواهید آن‌ها را گونه بنامید.» وو این فرایند را با فرایند نمو انسان مقایسه کرد. هیچ نقطه ثابتی وجود ندارد که در آن یک کودک به‌طور ناگهانی به فرد بزرگسال تبدیل شود. این تصمیم به ملاحظات مختلف زیستی، فرهنگی و حقوقی بستگی دارد.

به‌طور مشابه، بوم‌شناسان و زیست‌شناسان حفاظت و دانشمندان دیگر مختارند تا نقطه‌ای را در فرایند گونه‌زایی انتخاب کنند که در آنجا تفکر درباره‌ی جمعیت‌ها به‌عنوان گونه منطقی‌تر است. آن‌ها همچنین می‌توانند تصمیم بگیرند که این اصطلاح را به‌کلی کنار بگذارند. ولف گفت: «بحث آکادمیک درباره‌ی گونه‌زایی به مفاهیم گونه نیاز ندارد. جنگ برسر این موضوع ارزشی ندارد.»

هنگامی که مطالعه کلاغ توسط تیم ولف در سال ۲۰۱۴ در مجله ساینس منتشر شد، یکی از اولین مقاله‌هایی بود که نشان می‌داد توالی‌یابی پرتوان چگونه می‌تواند درک ما را از گونه‌ها و گونه‌زایی متحول کند. پاتریک نوسیل، زیست‌شناس تکاملی که گونه‌زایی درچوبک‌سانان را مطالعه می‌کند، گفت: «مطالعه‌ی آن‌ها اولین اثبات قانع‌کننده بود که نشان می‌داد می‌توانید بلوک واحدی از ژنوم را داشته باشید که واقعا تمامی تفاوت‌ها را توضیح دهد.»

جری کوین، یکی از متخصصان برجسته درباره‌ی گونه‌زایی از دانشگاه شیکاگو، نوشت تکامل کلاغ‌ها معمایی است که تا حد زیادی حل شده. دنیف، ژنتیک‌دان هلندی آن را نقشه راهی برای هدایت پژوهش‌های گونه‌زایی نامید. روش‌های ژنومی که ولف به کار برد، در حوزه‌های مختلف زیست‌شناسی ازجمله در مطالعات رفتار انسان فراگیر شده است.

گروه ولف کار خود را ادامه داد تا پویایی مشابهی را در دومین منطقه هیبرید کلاغ‌ها در سیبری پیدا کرد که در آن کلاغ‌ها دوباره از رنگ خاکستری به سیاه تبدیل می‌شوند. او اکنون در حال‌ هدایت مطالعات گونه‌زایی در نهنگ‌های قاتل، پرندگان کوکو و مخمرها است. او می‌گوید: «آزمایشگاه ما در حال تبدیل‌شدن به باغ‌وحش است.» اگرچه یکی از سؤالاتی که گروه او جواب آن را پیدا نکرد، این بود که چرا کلاغ‌هایی که ازنظر تولیدمثلی سازگار هستند، خود را براساس رنگ تفکیک می‌کنند.

برخی افراد از ولف پرسیده بودند که آیا کلاغ‌ها نژادپرست هستند؟ او نمی‌خواست چنین مفهوم انسانی را برای حیوانات به کار ببرد. با‌این‌حال، کلاغ‌ها به روش خود تبعیض قائل می‌شدند. کلاغ‌های لاشه می‌خواستند با کلاغ‌های لاشه جفت‌گیری کنند و کلاغ‌های ابلق به جفت‌گیری با کلاغ‌های ابلق تمایل داشتند. چگونه تفاوت رنگ براساس چنین تفاوت ژنتیکی کوچکی، چنین تأثیر بزرگی دارد؟ ولف فکر کرد که پاسخ نه در ژنوم، بلکه در زمینه‌ای که قبلا روی آن کار می‌کرد، یعنی رفتار حیوانات، نهفته است.

کنراد لورنتس / Konrad Lorenz

کنراد لورنتس زیست‌شناس برنده جایزه نوبل از اتریش در اواسط قرن بیستم مطالعه رفتار حیوانات را به‌طور رسمی سروسامان داد. مشهورترین بینش لورنتس زمانی حاصل شد که او چند جوجه غاز را از لحظه‌ی بیرون‌آمدن از تخم بزرگ کرد. این پرندگان جوان نه‌تنها با او مانند مادر خود رفتار می‌کردند؛ بلکه وقتی بالغ شدند به‌دنبال جفت انسان بودند. لورنز متوجه شد هیچ ترجیح جنسی ذاتی وجود ندارد؛ بلکه آن‌ها یاد می‌گرفتند که جفت‌های مناسب را با نقش‌پذیری از والدین خود در اولین روزهای زندگی تشخیص دهند.

کلاغ‌ها و بیشتر پرندگان دیگر نیز نقش می‌پذیرند؛ ازاین‌رو، ولف به این فکر افتاد که نقش‌پذیری ممکن است مکانیسم گونه‌زایی آن‌ها باشد. اگر کلاغ‌های لاشه‌ از روی کلاغ‌های لاشه و کلاغ‌های ابلق روی کلاغ های ابلق نقش‌پذیری کنند، سپس هیبریدهای استثنا که مانند هیچ‌یک از دو مورد مذکور به‌نظر نمی‌رسد، ازنظر پیدا‌کردن جفت به مشکل برمی‌خورند.

ولف بر این باور است که این فرایند انزوای اجتماعی ممکن است برای ایجاد جدایی تولیدمثلی مؤثر کافی باشد؛ حتی اگر ژنوم پرندگان کاملا باهم سازگار باشد. ازنظر ژنتیکی، نقش‌پذیری کلاغ‌ها درنهایت فشار انتخاب واگرایی را فقط روی کروموزوم ۱۸ وارد می‌کند و به بقیه‌ی ژنوم اجازه همگون‌شدن می‌دهد.

ولف اکنون می‌خواهد بداند که این مکانیسم برای چه مدت در حال عمل بوده است. استخوان کلاغ‌ها در زباله‌های انسان‌های باستان فراوان است. خوردن کلاغ در گذشته معمول بوده است و ولف امیدوار است با توالی‌یابی DNA حاصل از این استخوان‌ها، بتواند تعیین کند که آیا غارنشینان در اروپای‌شرقی کلاغ‌های ابلق و در اروپای‌غربی کلاغ لاشه را می‌خوردند و زنجیره گونه‌زایی این پرندگان را با داده‌هایی بازسازی کند که به هزاران سال پیش برمی‌گردد.

بهار امسال، ولف به من گفت یک جفت کلاغ لاشه دوباره لانه‌ای در درخت کاج نوئل بیرون از خانه‌اش ساخته‌اند و کلاغ‌های ابلق من نیز همچنان سر می‌زدند. طی یک سال از آغاز خانه‌نشینی، منو غذایی آن‌ها گسترش پیدا کرده بود و علاوه‌بر بادام‌زمینی و تخم‌مرغ شامل بادام‌هندی و غذای گربه و کنسرو ماهی نیز شده بود. آن‌ها لانه‌های خود را در درختی در نزدیکی من ساختند و من از گوشه‌ای می‌توانستم ببینم غذاهایی که بیرون گذاشته‌ام، برای جوجه‌های خود می‌برند.

من که در آمریکای‌شمالی بزرگ شده بودم، یعنی جایی که کلاغ‌ها سیاه هستند، همیشه پرهای خاکستری کلاغ‌های ابلق برلین را کهنه و غیرعادی می‌دیدم. اکنون می‌دانستم در حال تماشای چیزی مانند منقار سهره یا بال‌های شاپرک فلفلی هستم که پدیده‌های زیستی را آشکار می‌کنند: پوشش یکنواختی که حاصل فقط چند عدد جفت باز بوده و شاهکار بی‌نقصی از تغییر تکاملی است.

Banner Zoomit HR
منبع newyorker

از سراسر وب

  دیدگاه
کاراکتر باقی مانده