نوعان بيئيان من القواقع البحرية Littorina saxatilis، يتكيفان مع بيئات مختلفة. النمط البيئي للسلطعون (يسار) كبير وحذر من الحيوانات المفترسة. نوع البيئة الموجية (على اليمين) صغير وجريء في السلوك. © ديفيد كارميليت
كلوسترنوبورج، النمسا – بشكل عام، يعتقد العلماء أن التطور يستغرق قرونًا لا تعد ولا تحصى لإحداث تغييرات كبيرة في أي كائن حي. ومع ذلك، فقد كشفت دراسة جديدة عن هذه العملية المذهلة في غمضة عين.
اكتشف فريق من الباحثين من معهد العلوم والتكنولوجيا في النمسا (ISTA) وجامعة نورد النرويجية أن القواقع البحرية تشبه أسلافها إلى حد كبير منذ 30 عامًا – وهو جزء صغير من الأساس التطوري.
تبدأ القصة في عام 1988 عندما أهلكت تكاثر الطحالب السامة مجموعات من القواقع البحرية من المناطق الصخرية الصغيرة المعروفة باسم skerries في أرخبيل كوستر بالقرب من الحدود السويدية النرويجية. في حين أن هذه الكارثة البيئية قد تبدو غير ذات أهمية بالنسبة للكثيرين، إلا أنها بالنسبة لعالمة البيئة البحرية كيرستين جوهانسن من جامعة جوتنبرج، قدمت فرصة فريدة لدراسة التطور على أرض الواقع.
في عام 1992، بعد أربع سنوات من ازدهار الطحالب، قرر جوهانسون إعادة إدخال القواقع إلى واحدة من هذه المراعي الشاغرة الآن. وهنا يكمن التطور: فبدلاً من إعادة نفس النوع من الحلزون الذي عاش من قبل، قام بإدخال مجموعة مختلفة من نفس النوع. شاطئ حصوي.
توجد هذه القواقع البحرية بشكل شائع على طول ساحل شمال المحيط الأطلسي، وقد طورت خصائص مختلفة لتناسب بيئتها الخاصة. يُطلق على النوعين الرئيسيين اسم “القواقع الموجية” و”حلزونات السلطعون”. القواقعكانت تسكن في الأصل الصخور الصخرية، وهي صغيرة ذات أصداف رقيقة، وفتحات كبيرة مستديرة، وسلوك جريء – وهي تكيفات تساعدها على البقاء في بيئة تجتاحها الأمواج. القواقع السلطعونمن ناحية أخرى، تحتوي السرطانات الأكبر حجمًا على أصداف أكثر سمكًا، وفتحات طولية أصغر، وسلوكًا أكثر حذرًا، وهي خصائص تحمي السرطانات من الحيوانات المفترسة في المياه الهادئة.
أدخلت تجربة يوهانسون حلزونات السلطعون إلى المنحدرات، التي كانت في السابق موطنًا لقواقع المد والجزر. والسؤال هو: كيف ستتكيف هذه القواقع السرطانية مع بيئة التعرض الجديدة للمد والجزر؟
النتائج المنشورة في المجلة التقدم العلمي لا شيء رائع. وفي غضون بضعة أجيال – تتكاثر القواقع مرة أو مرتين في السنة – بدأ العلماء في رؤية دليل على التكيف. على مدى 30 عامًا، تطورت حلزونات السلطعون المزروعة لتشبه حلزونات المد والجزر التي كانت تسكن الصخور الصخرية قبل ازدهار الطحالب.
“على مدى 30 عامًا من التجارب، تمكنا من التنبؤ بشكل مؤكد بالشكل الذي ستبدو عليه القواقع والمناطق الجينية التي قد تكون متورطة. يقول دييغو غارسيا كاستيلو، وهو طالب دراسات عليا في ISTA وأحد المؤلفين الرئيسيين للدراسة: “كان التغيير سريعًا ومثيرًا”. الافراج عن وسائل الإعلام.
ما يجعل هذه الدراسة رائعة بشكل خاص هو أن القواقع لم تطور هذه السمات الجديدة من الصفر. وبدلاً من ذلك، استفادوا من التنوع الجيني الموجود بالفعل في سكانهم، وإن كان على مستوى أقل. هذا التنوع الجيني الموجود، بالإضافة إلى التدفق الجيني المحتمل من مجموعات حلزونات المد والجزر المجاورة، سمح بالتكيف السريع مع البيئة الجديدة.
تمتد آثار هذه الدراسة إلى ما هو أبعد من عالم القواقع. في عصر التغير البيئي السريع، يعد فهم كيفية تكيف الأنواع بسرعة أمرًا بالغ الأهمية.
يوضح غارسيا كاستيلو: “يسمح لنا هذا العمل بإلقاء نظرة فاحصة على التطور المتكرر والتنبؤ بكيفية تمكن المجموعات السكانية من تطوير سمات تطورت بشكل منفصل في الماضي في ظل ظروف مماثلة”.
تؤكد أنيا ماري ويستروم، الباحثة في جامعة نورد والمؤلفة المشاركة في الدراسة، على أهمية التنوع الجيني في التكيف.
يقول: “ليست كل الأنواع قادرة على الوصول إلى مجموعات جينية كبيرة، كما أن خلق سمات جديدة من الصفر أمر بطيء للغاية. التكيف معقد للغاية ويواجه كوكبنا تغيرات معقدة مثل الظواهر الجوية المتطرفة، وتغير المناخ السريع، والتلوث والطفيليات الجديدة”. ويستروم. “ربما يساعد هذا البحث في إقناع الناس بالحفاظ على مجموعة متنوعة من الموائل الطبيعية حتى لا تفقد الأنواع تنوعها الجيني.”
بينما يواجه كوكبنا تغيرات معقدة بما في ذلك الأحداث الجوية القاسية وتغير المناخ والتلوث والطفيليات الجديدة، فإن قدرة الكائنات الحية على التكيف بسرعة قد تكون المفتاح لبقائها. وتقدم الدراسة لمحة عن كيفية عمل التطور على فترات زمنية قصيرة نسبيا، مما يعطي الأمل للأنواع التي تواجه تغيرات بيئية سريعة.
واليوم، زاد عدد القواقع في منطقة التزلج التجريبية إلى حوالي 1000 حلزون، مما يدل على قدرتها الرائعة على التكيف والازدهار في الظروف الجديدة. وبينما نواصل مواجهة التحديات البيئية على نطاق عالمي، فإن الدروس المستفادة من هذه القواقع البحرية الصغيرة ستكون ذات قيمة كبيرة في فهم والتنبؤ بكيفية استجابة الأنواع لعالمنا المتغير.
ملخص الورقة
المنهجية
في هذه الدراسة، أراد الباحثون معرفة ما إذا كان بإمكانهم التنبؤ بالشكل الذي ستبدو عليه مجموعات القواقع البحرية. شاطئ حصويالتكيف مع بيئة جديدة. وللقيام بذلك، قاموا بنقل القواقع من مكان تهيمن عليه الحيوانات المفترسة للسرطان إلى مكان حيث يشكل المد والجزر القوي البيئة. حدث ذلك قبالة الساحل السويدي، حيث كانت جزيرة صخرية صغيرة بمثابة موقع اختبار. تمت مراقبة القواقع لأكثر من 30 عامًا لتتبع كيفية تغير خصائصها الفيزيائية (مثل حجم الخلية وشكلها) والتركيب الجيني.
ركزت الدراسة على ما إذا كانت التغييرات في خصائص القشرة والجينات تتطابق مع ما لاحظه الباحثون بالفعل في مكان آخر في القواقع التي تتكيف بشكل طبيعي مع بيئات مختلفة. ويتنبأون بالتغيرات في السمات الجسدية، وتكرار السمات الوراثية المحددة، وترتيب الكروموسومات مع مرور الوقت.
النتائج الرئيسية
لاحظ الباحثون تغيرات جذرية في القواقع المزروعة في موطن يهيمن عليه المد والجزر. بمرور الوقت، بدأت القواقع تبدو أشبه بالسكان المحليين الذين تطوروا بشكل طبيعي في بيئة شديدة المد والجزر. على سبيل المثال، أصبحت أصدافها أرق بأشكال وأنماط مختلفة مقارنة بالأصداف السميكة والأكثر حماية للقواقع الموجودة في موطن السلطعون.
ومن الناحية الوراثية، فإن العديد من التغييرات التي تنبأ بها الباحثون قد تحققت. تعد الجينات المرتبطة بالبقاء على قيد الحياة في البيئات ذات الأمواج الكثيفة أكثر شيوعًا. بشكل عام، تكيفت القواقع بسرعة، وفي غضون سنوات قليلة، أصبحت تشبه القواقع التي تتكيف مع المد والجزر.
حدود الدراسة
أولا، أجريت الدراسة في بيئة محددة، مما يعني أن النتائج قد لا تكون قابلة للتطبيق على جميع أنواع التغيرات البيئية. تمثل الأمواج والسرطانات مجموعة واحدة فقط من الضغوطات الطبيعية، وقد تؤثر عوامل أخرى مثل تغيرات درجات الحرارة أو التلوث على القواقع بشكل مختلف.
كما ركزت الدراسة على نوع معين من القواقع وقد لا تنطبق على أنواع أخرى. أخيرًا، نظرًا لأن الباحثين اضطروا إلى الاعتماد على عينات عرضية لأكثر من 30 عامًا، فقد تكون هناك فجوات في البيانات لا تلتقط جميع الفروق الدقيقة في كيفية تغير القواقع.
المناقشة والوجبات الجاهزة
المفتاح لهذا البحث هو أنه يمكننا التنبؤ بكيفية تكيف الناس مع التغيرات البيئية بناءً على ما نعرفه عن تنوعهم الجيني. تكيفت القواقع في هذه التجربة بسرعة، مما يدل على أن الأنواع ذات التنوع الجيني الموجود يمكنها البقاء على قيد الحياة مع التغيرات البيئية السريعة.
وهذا اكتشاف مهم في سياق تغير المناخ والتغيرات البيئية الأخرى التي يسببها الإنسان. ومع ذلك، فإن هذا النوع من القدرة على التنبؤ لا ينطبق في جميع المواقف، خاصة عندما تكون التغيرات البيئية جديدة تمامًا أو متطرفة، كما تسلط الدراسة الضوء على ذلك.
المالية والإفصاحات
تلقى المشروع دعمًا من مصادر مختلفة، بما في ذلك مجلس البحوث النرويجي، ومجلس البحوث السويدي، ومجلس البحوث الأوروبي، وصندوق العلوم النمساوي، والمؤسسة البرتغالية للعلوم والتكنولوجيا. تم إجراء الأبحاث على الحيوانات في السويد، مع اتباع لوائح صارمة لعلاج الحيوانات في الدراسات العلمية. ولم يتم الإبلاغ عن موانع كبيرة للاهتمام من قبل الباحثين.
