تکامل معکوس در جزایر گالاپاگوس؛ گوجه فرنگی‌ها دفاع شیمیایی فراموش‌شده را بازیابی کرده‌اند

معمولاً تکامل را روندی یک‌طرفه تصور می‌کنیم که در آن یک گونه به‌مرور «بهتر» و «پیشرفته‌تر» می‌شود؛ اما این فرآیند بسیار پیچیده‌تر از این برداشت ساده است، به گونه‌ای که نمونه‌ای عجیب به نام گوجه‌فرنگی گالاپاگوس این ادعا را ثابت می‌کند. این میوه‌های وحشی در حال کنار گذاشتن میلیون‌ها سال تکامل‌اند تا دوباره دفاع شیمیایی فراموش‌شده خود را احیا کنند.

گوجه‌فرنگی‌های گالاپاگوس از نیاکان آمریکای جنوبی خود منشأ گرفته‌اند که احتمالاً توسط پرندگان به گالاپاگوس آورده شده‌اند. اکنون این گیاهان شروع به تولید نوعی ترکیب شیمیایی سمی کرده‌اند که میلیون‌ها سال دیده نشده بود. این ترکیبات، آلکالوئیدهایی هستند که خانواده‌ی گیاهان شب‌بو مانند سیب‌زمینی، بادمجان، فلفل و گوجه‌فرنگی تولید می‌کنند. این مواد مولکول‌هایی تلخ‌مزه‌اند که نقش نوعی آفت‌کش طبیعی را دارند و باعث می‌شوند حشرات، قارچ‌ها و حیوانات علف‌خوار کمتر به آن‌ها آسیب بزنند.

به‌طورکلی، جانوران در گالاپاگوس شکارچیان زیادی ندارند، اما این مسئله درباره‌ی گیاهان صدق نمی‌کند؛ بنابراین، تولید آلکالوئیدها می‌تواند به حفاظت از گونه‌های آسیب‌پذیر کمک کند. در غلظت پایین، این مواد برای انسان مضر نیستند، اما در غلظت بالا می‌توانند سمی باشند. به همین دلیل پژوهشگران دانشگاه کالیفرنیا ریورساید تصمیم گرفتند گوجه‌فرنگی‌های گالاپاگوس را بررسی کنند تا بفهمند این گیاهان چگونه این مواد را تولید می‌کنند.

در واقع مسئله تولید آلکالوئید توسط گوجه‌فرنگی‌ها نیست، بلکه موضوع این است که «نوع اشتباهی» از آن‌ها را می‌سازند؛ یعنی ترکیباتی را که از زمان آغاز تکامل گوجه‌فرنگی‌ها تاکنون دیده نشده بود. آدام یوزویاک، زیست‌شیمی‌دان مولکولی در دانشگاه کالیفرنیا ریورساید در بیانیه‌ای گفت: «این چیزی نیست که انتظارش را داشته باشیم؛ اما به شکلی کاملا واقعی در جزیره‌ای آتشفشانی در حال وقوع است.»

بر خلاف تصور رایج، تکامل همیشه روندی خطی به سوی انطباق بهتر نیست. گاهی اوقات ممکن است مسیری دایره‌وار طی کند؛ به‌طوری که یک موجود دوباره ویژگی‌هایی را کسب کند که زمانی از دست داده بود. این پدیده نادر اما محتمل است. بااین‌حال، معمولاً این بازگشت از طریق همان مسیرهای ژنتیکی پیشین اتفاق نمی‌افتد.

پژوهشگرها بیش از ۳۰ نمونه گوجه‌فرنگی را که از نقاط زمین‌شناسی متفاوت در سراسر جزایر گالاپاگوس جمع‌آوری شده بودند، مورد تجزیه‌وتحلیل قرار دادند. آن‌ها دریافتند که گیاهان در جزایر شرقی همان آلکالوئیدهایی را تولید می‌کنند که در گوجه‌فرنگی‌های پرورش‌یافته‌ی امروزی یافت می‌شود، اما نمونه‌هایی که از جزایر غربی گرفته شده بودند، ترکیباتی با اثر انگشت شیمیایی مشابه با خویشاوندان باستانی‌شان مانند بادمجان تولید می‌کردند.

تفاوت بین گوجه‌فرنگی‌های شرق و غرب جزایر، به شیمی فضایی (استریوشیمی) یا چگونگی آرایش مولکول‌ها در فضاهای سه‌بعدی بازمی‌گردد. دو مولکول ممکن است دارای اتم‌های یکسانی باشند، اما بسته به نوع آرایشی که دارند، عملکردهای متفاوتی داشته باشند.

به نظر می‌رسد تکامل گوجه گالاپاگوس صرفا رویدادی تصادفی نبوده، بلکه هم‌راستا با جغرافیا رخ داده است. جزایر شرقی تنوع زیستی بالایی دارند و پایدارترند و در آنجا گوجه‌فرنگی‌ها آلکالوئیدهای مدرن تولید می‌کنند. در مقابل، جزایر غربی جوان‌ترند، چشم‌اندازشان خشک‌تر است و خاک کمتر رشد یافته‌ای دارند و اینجاست که آلکالوئیدهای باستانی در حال تولیدند.

اما با اینکه گوجه‌فرنگی‌ها چنین ویژگی غیرمنتظره‌ای را به دست آورده‌اند، از کجا می‌دانیم این یک بازگشت تکاملی است؟ برای تأیید جهت این تغییر، تیم پژوهشی مدلی از تکامل طراحی کرد که با استفاده از DNA امروزی، ویژگی‌های نیاکان منقرض‌شده را بازسازی می‌کرد. نتایج نشان داد که گوجه‌فرنگی‌های غربی با چیزی که احتمالاً نیاکان اولیه تولید می‌کردند، مطابقت دارند. پس آیا واقعاً این یک بازگشت است؟ روند «بازگشت تکاملی» در مارها، ماهی‌ها و برخی باکتری‌ها مستند شده اما این پدیده نادر و اغلب مبهم است.

به‌نظر می‌رسد گاهی حیات برای حرکت به جلو، به گذشته‌اش رجوع می‌کند. یوزویاک می‌گوید: «اگر فقط چند آمینواسید را تغییر دهید، می‌توانید مولکولی کاملاً متفاوت به دست آورید، این دانش می‌تواند به ما کمک کند داروهای جدید طراحی کنیم، مقاومت در برابر آفات را افزایش دهیم یا حتی محصولات خوراکی با سمیت کمتر تولید کنیم؛ اما ابتدا باید بفهمیم طبیعت چگونه این کار را انجام می‌دهد. این مطالعه، گامی در آن مسیر است.»

یافته‌های پژوهش در مجله Nature Communications منتشر شده است.