هدف ما برداشتن گامی کوچک در راه نشر آگاهی ست
ما در وب سایت دانش آگاهی تلاش می کنیم گامی به سوی حقیقت برداریم،
تا تمام آنچه در دنیای علم به ما کمک خواهد کرد را با نثر و کلامی آسان در اختیار شما قرار دهیم!

تحلیل رفتن دی‌ان‌ای خفاش و ژنوم‌های کشسان

تحلیل رفتن دی‌ان‌ای خفاش و ژنوم‌های کشسان

ترجمه : امیر رحمانی تعداد بازدید : 5300
ترجمه : امیر رحمانی بازدید : 5300

گونه‌ها در حین فرگشت مقادیر چشمگیری از دی‌ان‌ای را ساخته و یا از دست می‌دهند و حتی ژنوم‌هایی که ظاهرا پایدار بنظر می‌آیند نیز بشدت در تلاطم‌اند. معنای آن چیست؟


تحلیل رفتن دی‌ان‌ای خفاش و ژنوم‌های کشسان
تصویر مربوط به مطلب تحلیل رفتن دی‌ان‌ای خفاش و ژنوم‌های کشسان

گونه‌ها در حین فرگشت مقادیر چشمگیری از دی‌اِن‌اِی را ساخته و یا از دست می‌دهند و حتی ژنوم‌هایی که ظاهرا پایدار بنظر می‌آیند نیز بشدت در تلاطم‌اند. معنای آن چیست؟

یک پیاز را بردارید و آنرا بسیار نازک برش بزنید. نازکتر از کاغذ، به نازکی یک تک سلول. سپس آنرا در ردیفی از محلول‌های شیمیایی فرو ببرید که برای رنگ کردن دی‌ان‌ای درست شده‌اند. رشته‌هایی سرخ فام و درخشنده ظاهر خواهند شد. شما اکنون بسادگی و با اندازه‌گیری حجم و چگالی آن رشته‌ها می‌توانید محاسبه کنید که چه مقدار دی‌اِن‌اِی در هر سلول وجود دارد. یک کامپیوتر در چند ثانیه جواب را بیرون می‌دهد: ۱۷ پیکوگرم که معادل ۱۶ میلیارد جفت پایه است. 

شاید این عدد برای شما زیاد بامعنی نباشد. شاید هم وقتی بخاطر می‌آورید که دی‌ان‌ای خود شما فقط ۳ میلیارد جفت پایه دارد سرِ خود را از تعجب بخارانید. همانگونه که دانشمندان بیشماری که اندازه ژنوم گونه‌های مختلف را در طی هفتاد سال گذشته مقایسه کردند نیز مبهوت این ناهمخوانی شدند. چرا یک پیاز پنج برابر ما دی‌اِن‌اِی دارد؟ آیا آنها پنج برابر باهوشتر هستند؟

البته این فقط پیاز نیست که تصورات ما در مورد تناظر بین پیچیدگی جاندار و میزان کدهای ژنتیکی را واژگون می‌کند. یک سمندر بنام اَمفیوما با ظاهری شبیه به یک مار حدود هفتاد برابر یک مرغ خانگی دی‌اِن‌اِی دارد، یا پرنده‌هایی که ژنومشان کوچکتر از ژنوم ملخ است، شُش ماهی ابتدایی که ژنومی بزرگتر از پستانداران دارد، گیاهان گلدار با ژنومی پنجاه برابر کوچکتر از انسان و گیاهان گلدار دیگری که ژنومشان پنجاه برابرربزرگتر از انسان است و حتی پروتوزوان‌های تک سلولی که دارای یکی از بزرگترین ژنوم‌های شناخته شده هستند. حتی اگر ژنتیک مینیاتوری ویروسها را کنار بگذاریم، اندازه ژنوم انواع سلول که تا کنون اندازه‌گیری شده حدود یک میلیون برابر متغیر است. دلیل آن چه می‌تواند باشد؟



در دهه هشتاد میلادی، زیست‌شناسان یک جواب نصفه نیمه داشتند: بیشتر دی‌ان‌ای حاوی ژن نیست و ژنوم‌های بزرگ حاوی مقادیر عظیمی از دی‌اِن‌اِی هستند که وظیفه کُدگذاری را بر عهده ندارد. هرچند این توضیح قابل قبولی برای معمای پیاز بود؛ اما کاملا هم رضایت بخش نبود و پرسشهای بی‌پاسخ بیشتری در پی داشت. برای مثال، چرا برخی ژنوم‌ها حاوی مقدار اندکی دی‌اِن‌اِی غیرکدگذار بودند که غالبا دی‌اِن‌اِی آشغال خوانده میشود؛ در حالیکه سایر ژنوم‌ها مالامال از آن بودند؟ آیا وجود یا عدم وجود این آت و آشغال در خدمت هدفی است؟

همین فوریه گذشته (سال ۲۰۱۷)، سرنخی امیدوار کننده بدست آمد که حاصل تحقیقات تیمی از دانشمندان ژنتیک دانشگاه یوتا به سرپرستی اوریلی کاپوستا و آلکساندر ساه از دانشگاه آپسالا در سوئد بود. در این پژوهش که در نوع خود منحصر بفرد بود؛ توالی ژنوم در تبارهای متنوعی از پستانداران و پرندگان با یکدیگر مقایسه شدند. نتایج آن نشان داد که همزمان که گونه‌ها فرگشت میابند، هرچند اندازه میانگین ژنوم آنها نسبتا ثابت باقی می‌ماند ولی مقادیر شگفت انگیزی از دی‌ان‌ای را بدست آورده و از دست میدهد.

برای توضیح این بده بستان عظیم در دی‌اِن‌اِی، دانشمندان یک مدل آکاردئونی از فرگشت را ارائه دادند که بموجب آن، ژنوم بطور مداوم بزرگ و کوچک شده، جفت‌باز جدید کسب کرده و قدیمی‌ها را بدور میریزد. این نشانگر نیروهای مخفی است که هم ژنوم را شکل میدهند و هم ارگانیزمی که ژنوم مسبب بوجود آمدن آن است.

دینامیک دی‌ان‌ای 


اولین نشانه‌ها که در وراثت چیزی فراتر از فقط ژنها انتقال میابد در حدود همان زمانی یافت شد که ژنوم عظیم سمندر کشف شد. در دهه چهل میلادی، یک ژنتیک‌ دان سوئدی دریافت که بعضی گیاهان دارای کروموزومی هستند که هیچ کاربرد مفیدی ندارد و آنرا کروموزوم ب خواند. او نتیجه گرفت این توالی فرعی باید نوعی ژنتیک انگلی باشد که ماشین تولیدمثل ژنومِ میزبان را به خدمت گرفته است. زیست‌شناس فرگشتی، ریچارد داوکینز، این ایده را در کتاب پرطرفدار "ژن خودخواه" استحکام بخشید و این تئوری به سرعت برای توضیح اندازه ژنوم مورد پذیرش قرار گرفت.

اما حتی در آنزمان نیز دانشمندان می‌دانستند که کروموزوم ب فقط کسر کوچکی از انگلهای مولکولی را تشکیل می‌دهد که ژنوم را چاق می‌سازند. قسمت عمده این «مفت‌خورها» را رشته‌های متحرکی تشکیل می‌دهند که ترانسپوزون خوانده می‌شوند. اما ترانسپوزون‌ها که با عنوان پرطرفدار "ژن‌های جهنده" نیز شناخته می‌شوند در واقع بندرت ژن واقعی هستند. همانند ویروسها، آنها از یک نسل به نسل بعدی رفته، بین گونه‌ها انتقال یافته و در طعم‌های متفاوتی وجود دارند. بعضی از آنها آنزیم‌هایی را کدگذاری می‌کنند که یک ترانسپوزون را از محل خود در ژنوم کِش رفته و جای دیگر می‌نهد. برخی دیگر با تولید قالب‌های آر‌ان‌ای خود را کپی برداری می‌کنند و یا آنزیمها را از ترانسپوزون‌های دیگر سرقت می‌کنند. (انگلی داخل انگل دیگر)

سخت نیست که ببینیم این نسخه‌های کپی‌ شده چگونه بسرعت تکثیر میابند و در نهایت قسمت بزرگی از ژنوم را اِشغال می‌کنند. (بیشتر از صد کپی برداری در فقط یک نسل از مگس‌ها می‌تواند رخ دهد؛ ۸۵٪ ژنوم ذرت و حدود نیمی از ژنوم ما از آنها تشکیل شده است). پیشنهاد دهندگان تئوری دی‌اِن‌اِی خودخواه این توده [از ژنوم بی‌مصرف] را در جایگاه نیروی محرک فرگشت ژنوم قرار دادند: درون اکوسیستم هسته سلول، انتخاب طبیعی، آن دسته از ترانسپوزونهایی که بسرعت تکثیر می‌شوند را مورد گزینش قرار می‌دهد. اما فقط تا یک حد مشخصی. همینکه ژنوم به اندازه خاصی برسد، بزرگی آن سلامت ارگانیزم را بخطر می اندازد. برای مثال تقسیم سلول‌ها و بدنبال آن نرخ  رشد ارگانیزم کند می‌شود. انتخاب [طبیعی] مجددا فعال می‌شود و از گسترش بیشتر ژنوم پیشگیری می‌کند. محدوده بزرگی ژنوم به بیولوژی ارگانیزم وابسته است.