كيف تغلب المفاعلات الخارقة على الصعاب – وتغذي التطور

يمكن أن تعقد الجسيمات الفائقة أيضًا عملية التزاوج. في بعض الأنواع ، تخلق الجينات الفائقة نظام تكاثر له في الواقع أربعة أجناس. بسبب الجينات الفائقة في طيور أمريكا الشمالية التي تسمى العصافير ذات الحلق الأبيض ، على سبيل المثال ، هناك نوعان من “الأشكال” ذات الألوان والسلوكيات المتباينة. لا يتعين على الذكور فقط العثور على الإناث ، ولكن يجب عليهم العثور على شريك من الشكل المقابل. خلاف ذلك ، سيموت النسل إما من وراثة الجينات الفائقة من كلا الوالدين أو من عدم وراثة أي منها. فقط الكتاكيت التي تتلقى ميراثًا “مميتًا متوازنًا” من جين واحد عظيم وقطعة عادية واحدة من الكروموسوم تنجو.

مع هذا السعر الباهظ ، من المدهش أن الجينات الفائقة قد تطورت على الإطلاق ، كما يقول بردان. قالت “أي مجموعة من المتغيرات سيكون من الصعب حقًا الحفاظ عليها ، خاصة على مدى ملايين الأجيال”. “هذا أحد أكبر ألغاز الجينات الفائقة.” اقترحت أن أنواعًا متعددة من الانتقاء قد تعمل معًا للحفاظ على الجينات الفائقة ، وأن بعض البيئات قد تكون أكثر ملاءمة لاستمرارها بين السكان.

ومن المفارقات أن إحدى الآليات التي يمكنها أحيانًا الحفاظ على الجينات الفائقة هي إعادة التركيب ـ وهي الظاهرة التي تقاومها عادةً. وصفت أماندا لاراكوينت ، عالمة الوراثة التطورية بجامعة روتشستر ، وزملاؤها مثل هذه الحالة في أبريل الماضي في eLife.

لم يكن Larracuente مهتمًا في البداية بالجينات الفائقة أو تكاليفها التطورية. كان تركيزها على الجينات الأنانية ، وهي أجزاء من الحمض النووي تتكاثر في السكان دون أن يفيد مضيفوها. كانت مفتونة بجين أناني يسمى تشويه الفصل العنصري (SD) التي نشأت في بعض ذباب الفاكهة في زامبيا. وأوضحت: “إنه قاتل للحيوانات المنوية” ، لكنه يقتل فقط الحيوانات المنوية التي لا تحمل الكروموسوم مع SD.

في وقت ما خلال الثلاثة آلاف عام الماضية ، ظهرت نسخة واحدة من SD وقعت في شباك قطعة كبيرة من الحمض النووي الصبغي ، وخلقت جينًا فائقًا يعرف باسم SD- مال التي انتشرت إلى تجمعات ذباب الفاكهة في جميع أنحاء إفريقيا. قال لاراكوينتي: “إنه حقًا الجين الأناني المطلق”.

أظهر تسلسل الحمض النووي وتحليله بواسطة Larracuente و Daven Presgraves وزملاؤهم أن الكروموسومات ذات SD- مال تتراكم الطفرات الضارة ، كما تنبأ النقص شبه الكامل لإعادة التركيب بين SD- مال وأخته كروموسوم. لكن الباحثين لم يجدوا العديد من الطفرات كما توقعوا.

واكتشفوا أن السبب هو أن الذبابة أحيانًا ترث اثنين من الكروموسومات SD- مال– وهذان الجينان الفائقان متشابهان بدرجة كافية للسماح ببعض إعادة التركيب بينهما. هذا إعادة التركيب بدوره يجعل من الممكن تطهير عدد قليل من الطفرات الضارة من الجينات الفائقة للذباب بمرور الوقت.

قال لاراكوينتي: “كما اتضح ، يكفي القليل من إعادة التركيب”. تبحث هي وبريسغريفز الآن عن شخص آخر SD supergenes في تجمعات ذباب الفاكهة البرية للحصول على أدلة على تطور وتأثير الجينات العملاقة بشكل عام.

تظهر نتائجهم أن تأثيرات التطهير لإعادة التركيب على الجينوم لا تتوقف أبدًا عن كونها مهمة. قد تكون السمات المعقدة التي تجعل الميراث المستقر والمتوقع للجينات الفائقة أمرًا ممكنًا لا تقدر بثمن في مساعدة الأنواع على التكيف ، ولكن حتى الجينات الفائقة يمكن أن تستفيد من خلط الأشياء من حين لآخر.

القصة الأصلية أعيد طبعها بإذن من مجلة كوانتا منشور تحريري مستقل عن مؤسسة سيمونز تتمثل مهمتها في تعزيز الفهم العام للعلم من خلال تغطية التطورات والاتجاهات البحثية في الرياضيات والعلوم الفيزيائية وعلوم الحياة.