معمای تکاملی خارهای گل رز_جزر و مد

به‌قول قدیمی‌ها گل بی‌خار نمی‌بشود. اما از نظر گیاه‌شناسان، گل رز خار ندارد. برجستگی‌های نوک‌تیز روی ساقه‌ی گل رز «تیغ» نامیده خواهد شد و از نظر بیولوژیکی با خارهای چوبی و سفت دیگر گیاهان نزدیک می باشند.

تیغ‌ها مثالا‌ی از تکامل همگرا می باشند. این اتفاق هنگامی اتفاق می‌افتد که گونه‌های غیرمرتبط صفات شبیه را به علت محیط شبیه ابراز خواهند داد. در ۴۰۰ میلیون سال قبل، گیاهان ۲۸ بار گوناگون تیغ‌ها را تکامل داده‌اند. تیغ روی ساقه‌های گل رز می‌روید، در حالی که در گیاهان دیگر روی برگ‌ها یا میوه‌هایشان ظاهر می‌بشود.

مثالی تیغ در گیاهان متفاوت است. در علف‌ها (تیره‌‌ی گندم) تیغ‌های ریز روی کلاله‌ی آن‌ها می‌رویند. گیاه سولانوم آتروپورپورئوم (Solanum atropurpureum)، یکی از خویشاوندان وحشی سیب‌زمینی که در برزیل می‌روید، تیغ‌های زیاد بدی دارد که دو نام مستعار «شیطان بنفش» و «شرارت» را به خود تعلق داده است.

مطالعه‌ی جدیدی که در نشریه ساینس انتشار شده است، اشکار می‌کند که چطور گیاهان تیغ‌ها را چندین بار از ابتدا تکامل دادند. هر گونه چندین دفعه و چندین دفعه برای ساختن تیغ از یک ژن منفعت گیری می‌کرد. این کشف، تحول دی‌ان‌ای گیاهان را برای از‌بین‌بردن تیغ‌های آن‌ها مقدور و رشد برخی از گیاهان وحشی به‌‌گفتن محصول کشاورزی را آسان‌تر می‌کند.

زکریا لیپمن، متخصص ژنتیک گیاهی در آزمایشگاه کلد اسپرینگ هاربر، زمان مطالعه‌ی گروهی از محصولات کشاورزی شامل سیب‌زمینی، گوجه‌فرنگی و بادمجان، در رابطه تیغ‌ها کنجکاو شد. با این که این محصولات هیچ‌کدام تیغ ندارند، برخی از اقوام وحشی آن‌ها پوشیده از خنجرهای کوچک می باشند. به گمان زیاد اولین کشاورزها هنگامی این گیاهان را به گفتن محصولات کشاورزی منفعت گیری می‌کردند، توانسته‌‌اند تیغ‌ها را با پرورش کنترل‌شده از آن‌ها حذف کنند. آن‌ها عمداً گیاهانی را انتخاب کردند که بدون تیغ بودند یا تیغ‌های کمتری داشتند. در طول نسل‌ها، این فرآیند به افت یا حذف تدریجی تیغ‌ها منجر شد.

لیپمن می‌گوید: «چه فردی می‌خواهد بادمجان‌هایی را پرورش دهد که هنگامی آن‌ها را می‌خورید این تیغ‌ها دائماً [در پوست شما] فرو بروند؟»

برخی از گیاهان از تیغ برای قلاب‌کردن خود به سطوح منفعت گیری می‌کنند که به بالا‌رفتن و رسیدن به نور خورشید پشتیبانی می‌کند. این چنین علف‌های وحشی از تیغ‌ها برای چسباندن دانه‌های خود به خز حیواناتِ در حال عبور منفعت گیری و پراکندگی بذر را تسهیل می‌کنند. درمجموع، تیغ‌ها نقش‌های چندوجهی در بقای گیاه و سازگاری آن‌ها با محیط دارند.

چارلز داروین تشخیص داد که برخی از صفات می‌توانند در فرآیندی که با گفتن «تکامل همگرا» شناخته می‌بشود، به طور جدا گانه چندین‌بار در تاریخ حیات تکامل یابند. به گفتن مثال، خفاش‌ها و پرندگان بال‌های خود را برای پرواز تکامل دادند؛ اما آن‌ها مسیرهای تکاملی مختلفی را برای رسیدن به یک مقصد انتخاب کردند. بال‌های خفاش به‌گفتن غشایی که بین انگشتانشان رشد می‌کرد، تکامل یافتند، در حالی که پرندگان بال‌هایی از پر تکامل داده‌اند.

دکتر لیپمن و همکارانش برای فهمیدن این که چطور گیاهان تیغ‌ها را به شکل همگرا تکامل داده‌اند، یک گونه از بادمجان‌های اهلی را با خویشاوندان وحشی و تیغ‌دار آن پیوند زدند. برخی از هیبریدها دارای تیغ‌های بسیاری بودند، در حالی که برخی دیگر هیچ‌گونه تیغی نداشتند.

دانشمندان با قیاس‌ی دی‌ان‌‌ای گیاهان، فهمید شدند که نوع خاصی از ژن به نام LOG فقط توسط گیاهان تیغ‌دار حمل می‌بشود. گیاه‌شناسان از زمان‌ها پیش می‌دانستند ژن‌های LOG به تشکیل هورمونی که به سلول‌های گیاهی سیگنال رشد می‌دهد، پشتیبانی می‌کنند. بااین‌حال در بادمجان وحشی، نسخه‌ی خاصی از ژن LOG امکان رشد خارها را فراهم می‌کند.

دکتر لیپمن آزمایش شبیهی را روی دو نوع بادمجان دیگر انجام داد و آن‌ها را با خویشاوندان وحشی‌شان پیوند داد. در هر نوبت آزمایش، محققان کشف کردند که یک نوع از ژن LOG مسئول تشکیل تیغ در گیاهان وحشی است.

دکتر لیپمن او گفت: «ما فهمید شدیم که [این] همان ژنی است که به‌طور جدا گانه جهش‌هایی را در هر سه نسب [بادمجان] کنار هم آورده تا این تیغ‌ها را از بین ببرد»؛ بدین معنی که در سه نسب (مجموعه‌ی گونه‌های مرتبط)، همان ژن دچار جهش جدا گانه شده است. این جهش‌ها به از‌بین‌رفتن تیغ‌های آن گیاهان منجر شد. با وجود مسیرهای تکاملی متفاوت این نسب، تحول ژنتیکی مشترک به فقدان تیغ‌ها منجر شد.

امکان پذیر گیج‌کننده به‌نظر برسد که جهش ژن LOG می‌تواند بدون صدمه‌رساندن به کل بادمجان، تیغ‌ها را از بین ببرد. به‌هرحال، ژن‌های LOG برای رشد گیاهان الزامی می باشند.

ژن‌های LOG نقش مهمی در شکل‌گیری تیغ‌ها روی گونه‌های گوناگون گیاهی دارند. دکتر لیپمن و همکارانش شواهدی از این ربط را در چندین گیاه دیگر اشکار کردند. به گفتن مثال، وقتی که آن‌ها ژن LOG را در گل رز مسدود کردند، رشد تیغ را مختل کرد. آن‌ها مشاهده کردند این تیغ‌های بزرگ می‌توانند به‌طور قابل‌توجهی به برجستگی‌های کوچک تبدیل شوند.

shutterstock

دکتر لیپمن او گفت که یافته‌های تازه می‌تواند پشتیبانی کند تا دانشمندان گیاهان وحشی را به محصولات کشاورزی تبدیل کنند. او و همکارانش این گمان را روی یک گیاه وحشی استرالیایی که کشمش صحرایی نامیده می‌بشود، آزمایش کردند. این میوه‌ی شیرین طبق معمولً تیغ دارد؛ اما بعد از این که محققان ژن LOG را از دی‌ان‌ای آن جدا کردند، بدون تیغ شد.

ویویان آیریش، زیست‌شناس تکاملی در دانشگاه ییل که در مطالعه‌ی تازه شرکت نداشت، او گفت این مشخص می کند که همگرایی می‌تواند به روشی اتفاق بیفتد که داروین انتظارش را نداشت. هر بار که تیغ‌ها به وجود می‌آمدند، گیاهان روش کاملاً جدیدی برای ساخت آن‌ها ابداع نمی‌کردند. در عوض، آن‌ها فقط همان ژن را چندین دفعه و چندین دفعه قرض می‌گرفتند.

دکتر آیریش او گفت: «نوآوری در تعداد بسیاری از موارد امکان پذیر به سادگی بازتاب منفعت گیری‌ی مجدد از ژن‌های قدیمی به راه حلهای تازه باشد.»