حماسه گلها؛ از بیگ بنگ تا رنسانس ژنومیک فصل بهار و رویش گلهایی که با رنگهای شگفت انگیز خود دگرگونی و تازگی را به زمین هدیه می کنند این فکر را برمی انگیزد که این گیاهان چگونه به تکامل رسیدند.
به تازگی گروهی از دانشمندان آمریکایی با هدف یافتن پاسخی برای حل این معما به نتایج جدیدی دست یافته اند.
امروزه ما انسانها عادت کرده ایم گلها را پرورش بدهیم، از آنها عکس بگیریم و یا از رایحه خوش آنها در فصل بهار لذت ببریم، اما به ندرت به این سئوال فکر می کنیم که گلها واقعا چه هستند و چگونه به تکامل رسیده اند؟
در جواب این پرسش باید گفت: گلها اشکالی از حیات بینهایت مقاوم هستند، قهرمانان یکی از شگفت انگیزترین و اسرارآمیزترین فصول تاریخ طبیعت
درحقیقت، گلها در طول تاریخ حیات خود بیش از هر جاندار دیگری به دست تکامل شناسان و گیاه شناسان مورد آزمایش قرار گرفته اند. این دانشمندان به مدت قرنهای متمادی به دنبال درک این نکته بودند که در دوره کرتاسه چگونه تکاملی تا این حد سریع و مداوم رخ داد و زمین را به اشکال و رنگهای گوناگونی که در مقابل هر نوع حادثه آسیب زا مقاومند مزین کرد.
اکنون گروهی از دانشمندان دانشگاه ایالتی پنسیلوانیا نسخه معتبرتری از تاریخ گلها و گیاهان را ارائه کردند که زمان تولد این جانداران را حدود 200 میلیون سال عقب تر از آنچه که تاکنون تصور می شد به تصویر می کشد.
برپایه این "حماسه جدید گلها" حداقل دو حادثه جهش ژنتیکی به ترتیب در 320 و 200 میلیون سال قبل رخ داده است. اگر امروز، دنیای ما از بیش از 300 هزار گونه مختلف از گیاهان پوشیده شده به خاطر این دو حادثه جهش ژنتیکی است.
داروین و راز ترسناک
22 جولای 1879 بود زمانی که داروین در یک گفتگوی مکاتبه ای با دوست خود، جوزف هوکر کاشف و گیاهشناس سرشناس گفت که موفق نشده است درباره شگفت انگیزترین پدیده طبیعت توضیحی پیدا کند گفت: "به همین علت می توانیم نتیجه بگیریم که توسعه سریع گیاهان گلدار در دوره های زمین شناسی متاخر یک راز ترسناک است."
"ویلیام ای. فرایدمن" استاد زیست شناسی تکامل دانشگاه کلورادو به تازگی در مقاله ای در خصوص تلاش داروین برای کشف توسعه گلها نوشت: "در ادیسه ای که 6 سال به طول انجامید، این دانشمند برجسته تنها توانست یک حدس و گمان را توسه دهد.
برپایه این حدس، گیاهان تکامل یافته تر می توانند در یک جزیزه و یا در یک قاره گمشده در نیمکره جنوبی متولد شده باشند. با آغاز مطالعاتی بر روی بقایای فسیلی که تاریخ پیدایش گونه های مختلف گیاهی را در دوره کرتاسه مقدم (حدود 130 میلیون سال قبل) تعیین می کرد، دو فرضیه مطرح شدند که برپایه آنها بقایای قدیمی تر به طور اسرارآمیزی از بین رفته اند و یا تئوری مربوط به گیاهان ابتدایی تر نیاز به یک بازنگری کلی دارد."
موفقیت گیاهان گلدار
برای حل این معما، یک بررسی ژنتیکی انجام شد. دانشمندان از مدتها قبل می دانستند که گیاهان گلدار موفقیت خود را مدیون جهشهای ژنتیکی خاصی هستند که "حوادث پلی پلوئید" نام دارد، اما تاکنون هیچکس موفق نشده بود لحظه ای را که در آن این حوادث پلی پلوئیدی رخ داده اند شناسایی کند.
در اینجا است که تحقیقات "کلاد دو پامفیلز"، استاد زیست شناسی دانشگاه ایالتی پن و همکارانش وارد می شود. درحقیقت، این محققان در تازه ترین بررسیهای خود نشان دادند که صدها میلیون سال قبل در ژنوم گیاهان، حداقل دو جهش بزرگ اتفاق افتاده است که نسبت به آنچه که سایر گروههای تحقیقاتی نشان داده اند حداقل 200 میلیون سال عقب تر است.
نتایج این تحقیقات جدید که در نسخه آنلاین مجله "نیچر 3" منتشر شده است نشان می دهد که این تغییرات DNA چگونه هزاران ژن جدید را تولید کرده و منجر به "انفجار تکاملی" در ایجاد گونه های گیاهان گلدار شده اند.
نیچر در این باره می نویسد: این تحقیق، موج جدیدی از اطلاعات ژنتیکی جدید و یک مقیاس تکاملی دقیقتر را ارائه می کند.
تاریخی که در DNA نوشته شده است
"دو- پامفیلز" در این خصوص توضیح داد: "ما با تجزیه 9 ژنوم گیاهی که پیش از این توالی ژنتیکی آنها به دست آمده بود و میلیونها توالی DNA گیاهان گلداری که در قدیمی ترین شاخه های شجره فیلوژنتیک گیاهان قرار دارند یک کار تحقیقاتی بسیار فشرده و سخت را انجام دادیم."
وی افزود: "می دانستیم که در نقطه مشخصی مهمترین ریخت شناسیهای ژنتیکی را در اجداد گیاهان کشف خواهیم کرد. به اعتقاد ما این تغییرات ژنتیکی می توانستند پایه موفقیت بسیاری از گونه های گلهایی باشند که امروز بر روی زمین زندگی می کنند."
دو بیگ بنگ برای منشا اولین گیاه
به این ترتیب از تجزیه اطلاعات مواد مولکولی، این محققان موفق شدند تاریخ دو حادثه "پلی پلوئیدی" را کشف کنند.
پلی پلوئید به معنی "کسب یک دوز دوبرابر از ماده ژنتیکی از طریق جهش" است. این رونویسی DNA می تواند در مهره داران نیز رخ دهد اما اغلب یک فرایند مرگبار است، درحالی که گیاهان در این فرایند می توانند زنده بمانند و از فواید ژنومهای دوتایی بهره مند شوند.
حتی اگر بیشتر ژنهای ایجاد شده از حوادث پلی پلوئید از بین برود، بعضی از آنها می توانند عملکردهای جدیدی را سازماندهی کنند و یا در برخی موارد، بخشی از کاری را که تا آن لحظه ژنهای اصلی انجام می دادند به عهده بگیرند.
به این ترتیب، سراسر ژنوم این امکان را پیدا می کند که میزان اثربخشی خود را افزایش دهد. تاکنون، این جهشها در یک دوره بین 125 میلیون تا 150 میلیون سال قبل کشف شده بود. درحالی که این دانشمندان اکنون کشف کردند که در واقع دو "بیگ بنگ" برای ایجاد گیاهان گلدار وجود داشته است.
برپایه این نتایج، اول در حدود 320 میلیون سال قبل اجداد تمام گیاهان دانه دار به وجود آمدند و بعد بین 192 تا 210 میلیون سال قبل این گیاهان به صورت تخصصی تباربندی شدند.
رنسانس ژنومیک
به گفته "دو- پامفیلز"، این دو تغییر شکل بزرگ، گونه ای از "رنسانس ژنتیکی" را به حرکت درآورد که حتی امروز نیز گیاهان از نتایج آن بهره مند می شوند.
به خاطر حوادثی مثل این است که گیاهان گلدار توانستند عملکردهای موثرتر و جدیدی را توسعه دهند و بتوانند در برابر تغییرات آب و هوایی بسیار سخت و انقراضهای دسته جمعی زنده بمانند.
برای مثال، در انقراض دسته جمعی که در دوره پایانی کرتاسه (حدود 65 میلیون سال قبل) احتمالا در اثر برخورد یک شهاب سنگ عظیم به زمین رخ داد حدود 73 درصد از تمام جانداران از جمله دایناسورهای غول پیکر منقرض شدند. درحالی که گیاهان گلدار نه تنها زنده مانند بلکه متنوع تر و زیباتر شدند.