گردن بلند زرافه از کجا آمده است؟
برای اولین بار ژنوم های زرافه و نزدیکترین خویشاوند زنده این جاندار (اُکاپی) در جنگل های آفریقا توالی سازی شده اند و اولین نشانه ها را در مورد تغییرات ژنتیکی آشکار می سازد که منتهی به تکامل گردن غیر عادی و بلند زرافه و رکوردداری این حیوان به عنوان بلندترین گونه زمینی جهان می شود.
تصویر فوق متعلق به گروهی از زرافه های نر ماسائی در Ndarakwai غرب کلیمانجاروی تانزانیا می باشد.
نتایج این تحقیق در ژورنال علمی Nature Communications به تاریخ 17 می منتشر شده است.
داگلاس کاونر از دانشگاه ایالتی پن که کار هدایت تیم تحقیقاتی را به همراه موریس آگابا از انستیتوی آفریقایی فناوری و علوم نلسون ماندلا در تانزانیا به عهده داشته است در همین رابطه می گوید: "قامت زرافه که به واسطه گردن و پاهای بلند این جاندار به 6 متر هم می رسد، از ویژگی های غیرعادی تکامل است که طی 8 هزار سال گذشته موجبات شگفتی و تعجب انسان ها را فراهم آورده است، شاهد این مسئله نیز حکاکی های روی صخره های غارهایی است که در دابوس جمهوری نیجریه قرار دارد."
به گفته کاونر استاد زیست شناسی و ورنه ام. ویلامان رییس کالج علوم اِبرلی در ایالت پنسیلوانیا: "تغییرات تکاملی لازم برای آفرینش موجودی با ابهت زرافه و قدرت و سرعت اندامهای قلبی عروقی اش، از قرن 18 و از زمانی که چارلز داروین سوالات خود را در مورد مبداهای تکامل زرافه مطرح ساخت منبع رموز علمی بوده است. به عنوان مثال قلب زرافه بایستی خون را دو متر به قسمت بالای بدن این جانور پمپاژ کند تا تامین خون لازم برای مغز این جاندار فراهم شود. این ویژگی به خاطر اینست که قلب زرافه به نحوی تکامل یافته تا بطن چپی بزرگ و غیرعادی داشته باشد و افزون بر این فشارخون این گونه جانوری دو برابر سایر پستانداران است.
به منظور شناسایی تغییرات ژنتیکی که احتمالاً مسئول خصوصیات منحصر به فرد زرافه می باشد از جمله سرعت بالای آن که می تواند به 60 کیلومتر بر ساعت هم برسد، کاونر و اگابا توالی های کدبندی ژنی زرافه و اُکاپی را با بیش از 40 پستاندار دیگر از قبیل گاو، گوسفند، بز، شتر و انسان قیاس کردند. به گفته کاونر: " توالی های ژن اُکاپی بسیار مشابه با توالی های زرافه می باشد، زیرا اوکاپی و زرافه از جد یکسانی بین 11 الی 12 میلیون سال قبل منشعب شدند که بر حسب بازه زمانی تکاملی، این زمان تقریباً «اخیر» محسوب می شود. علیرغم این رابطه تکاملی نزدیک، اُکاپی بیشتر شبیه گورخر است و فاقد قامت بلند زرافه و قابلیت های قلبی عروقی شگفت انگیز زرافه می باشد. به این دو دلیل ذکر شده توالی ژنوم اُکاپی ابزار قدرتمندی را در اختیار قرار می دهد که از آن برای شناسایی برخی از تغییرات ژنتیکی منحصر به فرد این حیوان استفاده کنیم."
با استفاده از تست های مقایسه ای برای مطالعه توالی های ژنومی زرافه و اُکاپی دانشمندان 70 ژن را شناسایی کردند که نشاندهنده نشانه های چندگانه تطابق یافتن این حیوان با محیط زیست می باشد. "این تطابق ها شامل تعویض آمینو اسید، توالی منحصر به فردیست که پیش بینی می شود عملکرد پروتئین، تنوع توالی پروتئین و انتخاب طبیعی مثبت را تغییر می دهد." بیش از نیمی از 70 ژن یاد شده، پروتئین هایی را کدبندی می کند که برای تنظیم توسعه و فیزیولوژی اسکلتی قلبی عروقی و سیستم عصبی این جاندار لازم هستند، دقیقاً همان نوع ژن هایی که جهت به پیش راندن توسعه خصوصیات منحصر به فرد زرافه ضروری هستند.
از میان کشفیات تیم تحقیقی می توان به چند ژنی اشاره داشت که یا به تنظیم توسعه سیستم قلبی عروقی می پردازند یا کنترل فشار خون را انجام می دهند و از نوع ژن هایی هستند که نشانه های چندگانه انطباق را در زرافه نشان می دهند. برخی از این ژن ها هم توسعه قلبی عروقی و هم توسعه اسکلتی را باعث شده است و به این نکته دلالت دارند که که سیستم قلبی عروقی توربو شارژی و قامت زرافه به شکلی هماهنگ با تغییرات رخ داده در تعدادی از ژن های این جاندار به پیش رفته است.
دانشمندان همچنین برخی نشانه های ژنتیکی را یافتند که تکامل پاها و گردن بلند زرافه را باعث شده است، به علاوه تعداد استخوان های گردن و پاهای زرافه نیز مشابه استخوان های گردن و پاهای انسان و سایر پستانداران می باشد. کاونر ادامه می دهد: "برای دستیابی به این قامت غیرعادی، مهره های گردن و پای استخوان زرافه به شکلی بسیار کشیده تکامل پیدا کرده است. حداقل دو ژن لازم است، یک ژن برای بیان داشتن منطقه ای که رشد اسکلتی بیشتر باید در آن رخ بدهد و ژن دیگر برای تحریک به رشد بیشتر." از میان 70 ژن که تیم محققان متوجه متفاوت بودنشان در زرافه شدند، دانمشندان ژن هایی را شناسایی کردند که هر دوی این کاربردهای ذکر شده را تنظیم می کند.
به گفته کاونر"جالب ترین این ژن ها FGFRL1 نام دارد که دارای خوشه ای از جانشین های آمینو اسیدی (منحصراً در زرافه) بوده و در بخشی از پروتئینی قرار گرفته که فاکتوهای رشد فیبروبلاست، یعنی خانواده ای از تنظیم کننده های فعال در تنظیم روندهای بسیار از جمله رشد جنین، را به هم متصل می سازد." این مسیرِ فاکتورِ رشدِ فیبروبلاستی، نقش مهمی را در کنترل رشد بازی می کند که در رشد اولیه جنین آغاز شده و بعد از تولد زرافه نیز در فاز رشد استخوانی گسترش می یابد. در انسان ها و نیز در موش ها، نقایص قلبی عروقی و اسکلتی شدید با جهش های تضعیف کننده در این ژن همراه است.
دانمشندان همچنین دست به شناسایی چهار ژن الگوساز شده اند، منظور ژن هایی هستند که در رشد ساختارهای بدنی دست دارند که مناطقی از پاها و ستون فقرات زرافه را معین می کنند. کاونر اینگونه بیان می دارد: "ترکیب تغییرات در ژن های الگوساز و ژن FGFRL1 ممکن است دو ماده از مواد لازم را برای تکامل گردن و پاهای بلند زرافه در اختیار بگذارد."
آگابا متوجه شد گروه ژن هایی که به کار تنظیم متابولیسم و رشد می پردازند، در زرافه به نسبت اُکاپی متنوع تر هستند. یکی از این ژن ها به کار کدبندی گیرنده اسید فولیک می پرداخت، که از ویتامین های ضروری B برای رشد عادی می باشد. سایر ژن های سوخت و سازی که دانشمندان متوجه تغییر یافتن آنها در زرافه شدند آنهایی هستند که در متابولیسم اسیدهای چربِ فرّارِ تولیدی توسط تخمیرِ گیاهانِ بلعیده شده نقش دارند و این گیاهان منبع عمده غذایی زرافه و سایر حیواناتی چون بز و احشام را تشکیل می دهد. غذای زرافه برگ های اقاقیا و غلاف دانه ها می باشد که هم مغذی و هم بسیار سمی هستند.
به گفته دانشمندان ژن های مسئول سوخت و ساز برگ های اقاقیا ممکن است به این منظور در زرافه تکامل یافته باشد که این حیوان بتواند بر سمی بودن منابع غذایی خود غلبه کند. کاونر و اگابا که هر دو ژنتیک شناس تجربی می باشند، اظهار داشتند که بی صبرانه منتظر کاربرد برخی از ژن های شناخته شده هستند که به اعتقاد ایشان می تواند مسئول خصوصیات منحصر به فرد زرافه باشد. تیم تحقیقاتی آنها درحال حاضر به تست اثر بالقوه تفاوت های منحصر به فرد ژن FGFRL1 زرافه پراخته اند، به این ترتیب که این تغییرات را با استفاده از روش های ادیت ژنی CRISPR جدید، در موش معرفی کرده اند. جایگزینی ژن FGFRL1 زرافه در موش ها به نظر نمی رسد که موش گردن درازی را نتیجه بدهد.
با این وجود دانشمندان امیدوارند بدین روش بتوان نحوه اثرگذاری ژن FGFRL1 را بر روی رشد افتراقی ستون فقرات و پاهای موش ها مشاهده کرد، یعنی همان ژنی که مسئول ویژگی های منحصربه فرد زرافه هست.
به بیان کاونر: "امیدواریم انتشار ژنوم زرافه و نشانه های بیولوژی اختصاصی این جاندار، در پرتو کاهش شدیدی که اخیراً در شمار این جانداران رخ داده است، منتهی به توجهات بیشتر به گونه یاد شده شود. هرچند کاهش جمعیت زرافه ها و فیل ها در ساواناهای آفریقا، به اندازه کاهش شیرهای این قاره توجهات را به خود جلب کرده است اما جمعیت زرافه ها ظرف 15 سال گذشته به خاطر شکار غیرقانونی و از دست رفتن زیستگاه ها تنها 40 درصد نزول داشته است. با این نرخ کاهش، شمار زرافه ها در حیات وحش در پایان قرن حاضر به زیر 10 هزار عدد خواهد رسید. برخی زیرگونه های این جاندار نیز هم اکنون در مرز انقراض قرار دارند."
درباره نویسنده
