عندما تم اكتشافه لأول مرة، أثار جولكانث الكثير من الإثارة. وهو مثال حي لمجموعة من الأسماك التي كان يعتقد أنها موجودة فقط على شكل حفريات. ولا مجموعة الأسماك. يُعتقد أن أسماك السيلكانث وأقاربها، بزعانفهم الطويلة التي تشبه السيقان، تشكل أسلاف جميع الفقاريات غير السمكية – رباعيات الأرجل، أو الفقاريات ذات الأربع أرجل. وهذا هو، من بين أمور أخرى كثيرة، نحن.
ومع ذلك، تتراكم الأدلة على أننا أكثر ارتباطًا بالأسماك الرئوية، التي تعيش في المياه العذبة وتوجد في أفريقيا وأستراليا وأمريكا الجنوبية. لكن الأسماك الرئوية مختلفة بعض الشيء. شهدت الأنواع الأفريقية وأمريكا الجنوبية أن زعانف أسلافها الشبيهة بالأطراف تحولت إلى خيوط رفيعة ومرنة. لقد ثبت أن اكتساب بعض المنظور حول تاريخها التطوري أمر صعب، لأنها تمتلك أكبر جينومات معروفة لأي حيوان، حيث يحتوي جينوم الأسماك الرئوية في أمريكا الجنوبية على أكثر من 90 مليار زوج قاعدي. وهذا الحمض النووي أكبر بـ 30 مرة مما لدينا.
لكن تكنولوجيا التسلسل الجديدة جعلت هذا النوع من التحدي تحت السيطرة، وقد نجح التعاون الدولي الآن في إكمال جينوم ضخم، حيث يحتوي كل الكروموسوم، باستثناء كروموسوم واحد، على كمية من الحمض النووي أكبر مما يحتويه الجينوم البشري. لقد أضافت الأسماك الرئوية في أمريكا الجنوبية 3 مليارات قاعدة إضافية من الحمض النووي كل 10 ملايين سنة على مدار الـ 200 مليون سنة الماضية، وكل ذلك دون إضافة عدد كبير من الجينات الجديدة. وبدلاً من ذلك، يبدو أنه فقد قدرته على مراقبة الحمض النووي غير المرغوب فيه.
يستغرق وقتا طويلا
تم تنفيذ العمل بتقنية تُعرف باسم “تسلسل القراءة الطويلة”. تم إنشاء معظم الجينومات المكتملة باستخدام قراءات قصيرة، عادةً ما يتراوح طولها بين 100 و200 زوج أساسي. السر هو إجراء تسلسل كافٍ، في المتوسط، بحيث يتم تسلسل كل موقع في الجينوم عدة مرات. لذا فإن برنامج الكمبيوتر المصمم بذكاء يمكنه العثور على المكان الذي تتداخل فيه تسلسلتان من البتات، ويسجلها كسلسلة واحدة طويلة، ويكرر العملية حتى يخرج الكمبيوتر سلاسل طويلة من القواعد المتعاقبة.
المشكلة هي أن معظم الأنواع غير الميكروبية لديها امتدادات من التسلسلات المتكررة (فكر في مئات النسخ من قواعد G وA في تسلسل) أطول من بضع مئات من القواعد – وتسلسلات متطابقة تقريبًا تظهر في مواقع متعددة في الجينوم من المستحيل مطابقتها لموقع فريد، لذا فإن تجميع الجينوم يتكون من فترات زمنية غير معروفة الطول والتسلسل.
وهذا يخلق سلالة لجينات مثل الأسماك الرئوية، والتي تكون مليئة بالحمض النووي “غير المرغوب فيه” غير الوظيفي، وكلها عادة ما تكون متكررة. يميل البرنامج إلى إنشاء جينوم بمساحة أكبر من التسلسل.
تتغلب تقنية القراءة الطويلة على ذلك من خلال القيام بما يوحي به اسمها بالضبط. بدلاً من تسلسل أجزاء من 200 قاعدة أو أكثر، يمكن إنشاء تسلسلات طويلة من آلاف الأزواج الأساسية، والتي من شأنها أن تغطي بسهولة التكرار بأكمله الذي يشكل فجوة. تضمنت النسخة المبكرة من تقنية القراءة الطويلة حشو جزيئات الحمض النووي الطويلة عبر المسام ومراقبة تغيرات الجهد المختلفة عبر المسام مع مرور مواقع مختلفة عبرها. وقام آخر بصنع نسخة من شريط طويل من إنزيم نسخ الحمض النووي ولاحظ تغيرات في التألق مع إضافة قواعد مختلفة. كانت هذه الإصدارات المبكرة مليئة بالعربات التي تجرها الدواب إلى حد ما، ولكن تم تحسينها منذ ذلك الحين، وهناك الآن العديد من التقنيات المنافسة الجديدة في السوق.
وفي عام 2021، استخدم الباحثون هذه التقنية لاستكمال الجينوم الأسماك الرئوية الأسترالية – تحتفظ بزعانف الأسلاف التي تشبه الأطراف والتي أدت إلى رباعيات الأرجل. لقد عادوا الآن بجينات من الأنواع الأفريقية وأمريكا الجنوبية. ويبدو أن هذه الأنواع قد انجرفت بعيدًا أثناء تفكك القارة العملاقة غندوانا، الذي بدأ منذ حوالي 200 مليون سنة. وينبغي أن يعطي وجود جينات الثلاثة جميعًا منظورًا ما حول السمات المشتركة بين جميع أنواع الأسماك الرئوية، وبالتالي من المرجح أن يتم مشاركتها مع أسلاف بعيدة أدت إلى رباعيات الأرجل.
