کدام گونه از جانداران بیشترین تنوع ژنتیکی را دارند؟

متنوع‌ترین گونه‌ها ازنظر ژنتیکی کدام گونه‌ها هستند؟ پروانه‌ای که در بیست رنگ وجود دارد یا باکتری‌ای که هر بیست دقیقه تقسیم می‌شود و در طول مسیر جهش‌های ژنتیکی در ژنوم او تجمع پیدا می‌کند؟

به‌نظر می‌رسد رکوردار کنونی بیشترین تنوع ژنتیکی نوعی قارچ باشد که روی چوب پوسیده زندگی می‌کند و درمقابل، جانوری به نام وشق از تنوع ژنتیکی بسیار کمی برخوردار است. این خبر بدی برای وشق است؛ زیرا داشتن تنوع ژنتیکی فراوان مزیت دارد و به ارگانیسم اجازه می‌دهد دربرابر تغییرات محیط خود سازگار شود.

تنوع ژنتیکی چیست و چگونه گونه‌ها مقدار زیادی از آن را به‌دست می‌آورند؟

آشر کاتر، استاد گروه بوم‌شناسی و زیست‌شناسی تکاملی دانشگاه تورنتو، در گفت‌وگو با لایو ساینس گفت تنوع ژنتیکی سنجه‌ای از این مسئله است که دو قطعه از DNA از یک جایگاه ژنومی درون یک جمعیت چند بار باهم فرق دارند. مولکول DNA از بازهایی تشکیل شده است که با حروف A (آدنین)، T (تیمین)، C (سیتوزین) و G (گوانین) نشان داده می‌شوند که به‌همراه ساختار پشتیبان خود با عنوان نوکلئوتیدها شناخته می‌شوند. تنوع ژنتیکی را می‌توان به‌صورت تنوع نوکلئوتیدی یا درصد موقعیت‌هایی درون ژنوم تعریف کرد که در آن دو فرد از یک گونه انتظار می‌رود بازهای DNA متفاوتی داشته باشند.

براساس مطالعه‌ای که سال ۲۰۱۵ در مجله Molecular Biology and Evolution منتشر شد، قارچ اسپلیت گیل (Schizophyllum Commune) از تنوع نوکلئوتیدی ۲۰ درصدی برخوردار است. این بیشترین تنوع ژنتیکی گزارش‌شده برای یوکاریوت‌ها یا موجوداتی است که سلول‌های آن‌ها حاوی هسته است. به‌عبارت‌دیگر، دو قارچ مختلف تقریبا در بیست موقعیت از هر صد موقعیت ژنومی خود بازهای متفاوتی دارند. تنوع ژنتیکی قارچ مذکور از تنوع ژنتیکی رکوردار قبلی، یعنی کرم لوله‌ای کائنورهابدیتیس برنری (Caenorhabditis Brenneri) بیشتر است که براساس مطالعه سال ۲۰۱۳ که در مجله PNAS منتشر شد، تنوع نوکلئوتیدی ۱۴/۱ درصد دارد.

این گونه‌ها به‌عنوان گونه‌هایی در نظر گرفته می‌شوند که از تنوع ژنتیکی فراوانی برخوردار هستند. گونه‌هایی که تنوع نوکلئوتیدی‌شان بیشتر از ۵ درصد باشد، در این گروه قرار دارند. بیشتر گیاهان و جانوران تنوع نوکلئوتیدی‌شان کمتر از این میزان تخمین زده می‌شود و انسان‌ تنوع نوکلئوتیدی حدود ۰/۱ درصد دارد.

_{قارچ اسپلیت گیل ازنظر ژنتیکی متنوع‌ترین گونه‌ای است که تاکنون شناسایی شده}

به‌گفته کاتر، باکتری‌ها و ویروس‌ها معمولا تنوع ژنتیکی درخورتوجهی دارند؛ اما مقایسه مستقیم تنوع ژنتیکی میان باکتری‌ها و ویروس‌ها از یک طرف و یوکاریوت‌ها از طرف دیگر دشوار است؛ زیرا گونه‌ها در آن گروه‌بندی‌ها به‌طور متفاوتی تعریف می‌شوند. برای سادگی کار، بحث را به تنوع ژنتیکی یوکاریوت‌ها محدود می‌کنیم که تمامی حیوانات و گیاهان و قارچ‌های روی زمین را شامل می‌شود.

عوامل اصلی تأثیرگذار روی تنوع ژنتیکی گونه‌ها عبارت‌اند از: نرخ جهش و اندازه جمعیت و پایداری جمعیت. تنوع ژنتیکی ازطریق جهش حاصل می‌شود؛ بنابراین، هرچه نرخ جهش بیشتر باشد و گونه جهش‌های بیشتری به‌دست آورد، تنوع ژنتیکی آن بیشتر خواهد بود. به‌همین‌ترتیب، هرچه جمعیت بزرگ‌تر باشد، نسخه‌های بیشتری از ژنوم وجود دارد تا جهش‌هایی که آن تنوع ژنتیکی را ایجاد می‌کنند، در آن‌ها تجمع پیدا کند. برعکس، هرچه جمعیت کوچک‌تر باشد، معمولا تنوع ژنتیکی آن کمتر خواهد بود.

پژوهشگرانی که تنوع ژنتیکی را مطالعه می‌کنند، بر تعداد افرادی در جمعیت تمرکز دارند که تولیدمثل و ماده ژنتیکی را منتقل می‌کنند. این عدد اندازه مؤثر جمعیت نامیده می‌شود. اگرچه اندازه جمعیت مؤثر با اندازه جمعیت کل متناسب است، می‌تواند بسیار کوچک‌تر باشد. اگر جمعیتی از تنگنایی عبور یا رویدادی را تجربه کند که بسیاری از افراد جمعیت را از بین ببرد و مدتی را به‌عنوان گروهی کوچک‌تر بگذراند و سپس احیا شود، تنوع ژنتیکی جمعیت حاصل کمتر خواهد بود. این وضعیت قبلا برای گاومیش‌های اروپایی (Bison Bonasus) اتفاق افتاد که در جنگ جهانی اول زمانی‌که فقط ۱۲ رأس از آن‌ها در حیات‌وحش باقی مانده بود، تقریبا منقرض شدند.

تنوع فراوان

قارچ اسپلیت گیل با تنوع ژنتیکی بسیار زیاد، به‌جز جنوبگان در تمام قاره‌ها موجود است و اندازه جمعیت مؤثر بسیار بزرگی درحد چند‌میلیون دارد. براساس مقاله سال ۲۰۱۵، این قارچ نرخ جهش فراوانی نیز دارد که تقریبا دَه برابر سرعت جهش دروزوفیلا ملانوگاستر است. هر دو عامل احتمالا در تنوع ژنتیکی درخورتوجه این قارچ مؤثرند.

اندازه جمعیت مؤثر بزرگ که به چندمیلیون می‌رسد، احتمالا تنوع چشمگیر نماتد سی. برنری را توضیح می‌دهد. این گونه در مناطق گرم‌سیری جهان یافت می‌شود که در آنجا کرم‌ها باکتری‌های موجود در میوه‌ها و گیاهان پوسیده را می‌خورند که منبع غذایی فراوان و در بیشتر سال دردسترس است. همچنین، آن‌ها کوچک هستند و طولشان حدود یک میلی‌متر است؛ یعنی کرم‌های بسیاری می‌توانند در فضای کوچکی زندگی کنند. کاتر گفت: «به‌‌دلیل این عوامل، آن‌ها می‌توانند اندازه جمعیت بسیار بزرگی به‌دست آورند و این همان چیزی است که به آن‌ها کمک می‌کند تا تنوع ژنتیکی فراوانی داشته باشند.»

تنوع ژنتیکی بدین‌دلیل مهم است که به گونه‌ها اجازه می‌دهد تا با تغییرات محیطی سازگار شوند. اگر گونه‌ای تنوع ژنتیکی بسیار کمی داشته باشد، ماده خامی وجود ندارد که تکامل روی آن عمل کند. اگر بیماری ظاهر شود و با هدف قراردادن نسخه‌ای از یک ژن، ارگانیسم‌ها را از بین ببرد و آن نسخه از ژن، تنها نسخه‌ای باشد که گونه آن را دارد، بیماری می‌تواند کل گونه را از بین ببرد. درمقابل، اگر گونه درون آن ژن از تنوع ژنتیکی برخوردار باشد، شاید نسخه‌ای از آن به فرد کمک کند تا دربرابر بیماری مقاومت کند و گونه را نجات دهد.

تنوع اندک

یکی از جانورانی که با چنین خطراتی رو‌به‌رو است، وشق است. وشق ایبری (Lynx Pardinus) تنوع نوکلئوتیدی ۰/۰۲۶ درصد دارد که به‌گفته خوزه گودوی، متخصص ژنتیک حفاظت و بوم‌شناسی مولکولی، یکی از گونه‌هایی است که کمترین تنوع نوکلئوتیدی را دارد. یکی از دلایل تنوع ژنتیکی بسیار کم وشق ایبری آن است که در چند قرن گذشته، چندین تنگنای جمعیتی را گذرانده که باعث شده است اندازه مؤثر جمعیت آن به کمتر از ۳۰۰ برسد. جمعیت مؤثر این جانور در پایان قرن بیستم به کمتر از ۳۰ رسید.

وقتی جمعیت کوچک می‌شود، جهش‌هایی که از تنگناها عبور می‌کنند، ازجمله جهش‌های مضر می‌توانند تأثیر بزرگ‌تری بر جمعیت بگذارند؛ زیرا جمعیت کلی کوچک‌تر است. برای مثال، دَه جهش مضر در جمعیت هزارنفری درمقایسه‌با دَه جهش مضر در جمعیت صدنفری تأثیر کمتری خواهد گذاشت. درنتیجه، تنوع ژنتیکی اندک ناشی از تنگناهای اخیر با تجمع تغییرات ژنتیکی نسبتا مضر همراه است که شایستگی کلی جمعیت را کاهش می‌دهد.

_{وشق ایبری تنوع ژنتیکی بسیار کمی دارد}

تنوع ژنتیکی بسیار کم وشق ایبری ممکن است در باروری ضعیف و شیوع درخورتوجه بیماری‌ها در این گونه ایفای نقش کند. براساس فهرست قرمز گونه‌های درمعرض خطر IUCN، گونه‌های درمعرض خطر انقراض با تهدیدهایی مانند شکار، از‌دست‌دادن زیستگاه که هم با تغییرات اقلیمی و هم با توسعه انسانی مرتبط است، کمبود طعمه (خرگوش) و بیماری‌ها مواجه هستند. به‌گفته گودوی، وشق اوراسیایی نیز تنوع ژنتیکی کمی دارد.

فراتر از تهدیدهایی که وشق با آن روبه‌رو است، جمعیت نسبتا کم علت دیگری نیز دارد: این گونه در بالای زنجیره غذایی قرار دارد. برای داشتن غذای کافی، شکارچیان بزرگ رأس هرم غذایی باید درمقایسه‌با جانوران کوچک‌تری که از آن‌ها تغذیه می‌کنند، جمعیت کوچک‌تری داشته باشند. فراوانی کم گوشت‌خواران، خصوصا گوشت‌خواران غیراجتماعی مانند وشق آن‌ها را به‌سمت داشتن تنوع ژنتیکی بسیا اندک سوق می‌دهد. این پدیده در چیتاها نیز دیده می‌شود. این گربه بزرگ تنوع ژنتیکی کمتر از ۰/۰۲ درصد دارد.

به‌گفته کاتر، اگرچه تنوع ژنتیکی انسان که حدود ۰/۱ درصد است، بسیار بیشتر از تنوع ژنتیکی وشق است، اگر این واقعیت را در نظر بگیرید که میلیاردها انسان روی زمین وجود دارند، بسیار کم است. دلیل این امر آن است که مدت نسبتا کوتاهی است که میلیاردها انسان وجود دارد و تجمع جهش‌ها و ایجاد تنوع ژنتیکی در جمعیت نیازمند زمان است.

تخمین زده می‌شود که اندازه جمعیت مؤثر انسان در تاریخ اخیر درحد صدهزار باشد؛ اما برآورد طولانی‌مدت از اندازه جمعیت انسانی بسیار کمتر و درحدود دَه‌هزار نفر است. اندازه جمعیت مؤثر ما مانند قارچ اسپلیت گیل میلیونی نیست؛ ولی درمقایسه‌با اندازه جمعیت مؤثر وشق ایبری بسیار بیشتر است. اگر انسان‌ها اندازه جمعیت بزرگشان را برای هزاران سال دیگر حفظ کنند، می‌توان انتظار داشت که تنوع ژنتیکی ما نیز به همین نسبت رشد کند.