كيف فقدت الأفعى ساقيها؟

الكرة السحرية - قصة - قصص عربية - قصص اطفال (أبريل 2019).

Anonim

الثعابين هي ممدود ، والزواحف آكلة اللحوم من الفروع سربنتس . الميزة الأكثر تميزا هي عدم وجود الزوائد. الثعابين بلا أرجل ، لذلك تتحرك عن طريق الانزلاق إلى الأمام ، وجر وسحب أجسادهم عبر الأرض.

الآن ، إذا كان الذيل سمة أساسية لجسم الحيوان ، يجب أن نسأل أين ينتهي جسم الثعبان ويبدأ ذيله؟ هذا هو كوميدي ، ولكن مشكلة فلسفية عميقة جدا ، إذا سألتني. لكن دعنا لا نتحدث عن ذلك.

وبدلاً من ذلك ، وعلى نحو أكثر جدية بكثير ، ما ينبغي أن نركز عليه هو السؤال لماذا فقدت الثعابين أرجلها في المقام الأول؟

(مصدر الصورة: Pixabay)

يسأل السؤال في الأساس ، لماذا تعتبر الطبيعة هذا الانحدار أفضل للبقاء من وجود أطراف مثل الزواحف الأخرى؟ فإن البراعة من شأنها أن تجعل من السهل أكثر سهولة من دون زوج من forelimbs.

تدّعي إحدى الأوراق الرائدة أن الثعابين عصور ما قبل التاريخ تمتلك أطرافًا ، وإن كانت رقيقة جدًا. لقد فقدوها تدريجيًا بسبب بعض القيود على الطاقة. في وقت لاحق ، سوف نتعلم كيف فرضت هذه القيود هذا الانحدار وأوقفت نمو الأطراف في مرحلة التصنيع نفسها - على مستوى الجينات.

الثعابين مع عظام الكاحل

يقترح البحث أن الثعابين تطورت من السحالي التي إما حفرها على الأرض أو سبح في المحيط. ومع ذلك ، نمت الساقين في كلتا الحالتين كما تطورت الحيوانات مع مرور الوقت. يبدو أنهم فقدوا أطرافهم لأن وجود الأطراف أعاق الحركة المائية. لكن ماذا عن التنقيب؟ لن يتخلى عن المساعدات مع التجريف؟

حسنا ، يدعي علماء الحيوان أن الثعابين نادرا ما حفروا ثقوبهم الخاصة. بدلا من ذلك ، أنها تتعدي وسفك في ثقوب حفرها الحيوانات الصغيرة ، وربما فريسة محتملة. في هذا السيناريو ، كان من المؤكد أن الأهداف الأمامية قد جعلتهم أكبر من الحفرة ومنعهم من الوصول إلى طعامهم.

كان وجود الأطراف مسؤولاً عن نفايات طاقة هائلة. هذه القيود أجبرت الانحدار على عدم وجود أرجل. كما حدث الانحدار دون أي تأثير على بقاء الكائن الحي. وتوضح الدراسة أن فقدان الأطراف يمكن أن يُنسب إلى الثعابين التي تزرعها بمعدل بطيء للغاية أو تنمو فقط لفترة قصيرة جداً من الزمن.

فقط إذا كان لديه أطرافه.

بالنسبة للدراسة ، قام حسين وزملاؤه من المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي في باريس بفحص دقيق لثعبان أحفوري ما قبل التاريخ يُطلق عليه اسم Eupodophis descouensi. ويعتقد أن أقدم الثعابين تعود إلى 94-112 مليون سنة. لم تكن هذه الأفعى من بين الأقدم ، لكنها اقتربت ، ويقدر عمرها بنحو 90 مليون سنة.

استخدم العلماء تقنية تصوير جديدة ومتطورة تسمى "رسم السينوكروترون المحوسب" (SRCL). يستخدم الإجراء آلات كبيرة تسمح لنا بتكبير وعرض الميزات المجهرية بتفاصيل رائعة. الأهم من ذلك ، فإنه لا يسبب أي أضرار لهذه العينات التي لا تقدر بثمن.

تعرض الآلات للعينة الإشعاع المكثف للأشعة السينية التي تخترق الأحافير من خلال كل شق حيث تدور على ركيزة. هذا الإجراء يولد الآلاف من الصور ثنائية الأبعاد عالية الوضوح ، والتي يتم تجميعها لتشكيل نموذج ثلاثي الأبعاد متطور للحفرية.

(مصدر الصورة: Pansci.asia)

النموذج الثلاثي الأبعاد للثعبان الأحفوري يتضح من الوركين الثعبان القديم والساقين الرفيعتين بسنتان! وأظهرت 2 أطرافه الخلفيتين الصغيرة ، تراجع وغياب الأطراف الأمامية. عازمة الساق كانت ملساء في الركبة وامتلكت 4 عظام في الكاحل ، ولكن ليس لديها عظام القدم أو القدمين. هذا التشكل يشبه إلى حد كبير أطراف أحد السحلية الأرضية الحديثة.

ومن المتوقع أن يكون هناك سنا آخر لعمر مماثل ، وهو ناجيش ريونيجرينا ، لرجلين خلفيين رقيقين . عرض الثعبان عظمة ، وهي سمة عظمية مثلثية تدعم الحوض.

قد تكون هذه الميزات قد غادرت بمهارة مع تطور الحيوان.

التعديل الوراثي الوحيد الذي تسبب في فقدان الثعبان لأطرافه

وكشفت دراسة أنيقة للغاية أن جينوم الأفعى يمتلك جينات لنشوء الأطراف ونموها ، ولكن الطفرات الضئيلة في الدنا الموجود بالقرب من بنية جينية محورية إلى بنية أطراف ونمو حالت دون تنشيط الجين في المقام الأول ، وبالتالي تغير مظهره إلى الأبد.

(نوع الصورة: pxhere.com)

هذا يوضح تأثير فراشة متألقة حيث ينتقل اختلاف صغير إلى الاختلافات التبعية. تبرز الدراسة التقلبات المدهشة التي يمكن أن تحفزها طفرة جينية واحدة. يدعي علماء الحيوان أن هذا الانحدار قد نشأ قبل حوالي 150 مليون سنة.

تم البحث عن القرائن الأولى عن هذه التغيرات الجينية من قبل مارتن كوهن ، عالم الأحياء التطوري في جامعة فلوريدا ، في عام 1999. اكتشف أن بعض الجينات في جنين الأفعى شاركت في نمط نشاط مختلف عن الزواحف الأخرى في نفس الولاية. أدرك أن إدخال عامل نمو يمكن أن يمكّن هذه الأجنة من البدء في نمو الأطراف. ومع ذلك ، ولأن تقنية تحرير الجينات كانت فقط في مراحله البدائية ، فقد افتقرت كوهن إلى الأدوات المناسبة لإلقاء نظرة أعمق.

بعد أربع سنوات ، اكتشف هانكن وزملاؤه أن نشاط الجين المسمى Sonic hedgehog (Shh) لعب دورًا مهمًا في تكوين الأطراف وحجمها في السحالي ، مما يوحي بأنها يمكن أن تكون مهمة أيضًا للثعابين.

ومع اقتراب تكنولوجيا تحرير الجينات ، تتبع العلماء النشاط الجنيني للبيثون لفحص سبب نمو أرجلهم ، لكنهم لم يصلوا إلى مرحلة النمو المطلق. وجدت النتائج 3 عمليات حذف في المفتاح الوراثي الذي يتحكم في نشاط نفس جين القنفذ الصوتي (SHH) !

يدعى الجين بعد شخصية الكارتون الشهيرة Sonic the Hedgehog. (Photo Credit: Flickr)

رمز التبديل هو المعنى رسميا . المعزز ينفذ رصيف حيث يتم تسليم جميع البروتينات التي تتحكم في نشاط هذا الجين. تجعل عمليات الحذف من الصعب على البروتينات أن ترسو ، وبالتالي تزويدهم بنافذة ضيقة من نشاط الجينات خلال تطور الجنين بيثون وهو أمر حاسم لأي نمو الأطراف.

وقد قارن أليكس فيسيل ، عالم الجينوم في مختبر لورانس بيركلي الوطني في بيركلي ، بكاليفورنيا ، المتواليات الجينية للثعابين القديمة ، مثل الثعابين والبواخر ، إلى الثعابين المطورة حديثًا مثل الكوبرا والبيثون. ووجد أن الأخير لا يملك بقايا للساق كانت موجودة في السابق. كانت معززاتهم مليئة بالحذف والطفرات التنازلية.

ثم حاول الباحثون اختبار تأثير هذا التأثير على أطراف الفأرة ، للتنبؤ بتأثيراته على نمو أطرافهم. في تجربة ثاقبة ، استخدم الباحثون تقنية CRISPR-Cas9 لتحرير الجينات لتحل محل محسنات القوارض الخاصة مع معززات الحيوانات الأخرى ثم محسّن الثعبان.

عندما تنضج مع محسن الأنواع الأخرى ، نمت أرجل الماوس بشكل تقليدي. ومع ذلك ، عندما استبدلت مع محسن من ثعبان ، كان يقتصر نمو الأطراف إلى nubs صغيرة! علاوة على ذلك ، عندما قام الباحث بإدخال الإضافات الضرورية على الحمض النووي ووضع المحسن المعدل مرة أخرى في الفئران ، استأنف نمو الساق نموه الطبيعي!

وبهذه الطريقة ، فإن التعديل المجهري الذي يغير درجات الدنا الثعباني يقيّد أي زوائد بارزة إلى برعم غير محسوس ، أو في حالة التكرارات الجديدة لأنواع الثعابين ، يتسبب في انحدار إلى عدم وجود أطراف على الإطلاق.

(مصدر الصورة: Pixabay)

ومع ذلك ، لا يزال العلماء غير متأكدين مما إذا كان هذا التعديل يمكن اعتباره طفرة واحدة ضخمة ، والتي أدخلت اتجاه عدم اليأس في السحالي وسهلت تطورها إلى ثعابين. إنهم يعتقدون أن هذه الطفرة قد لا تكون هي الجاني الوحيد ، ولكنها بالتأكيد لاعبة رئيسية في هذه الدراما التي تتكشف.

في الوقت الراهن ، لا يزال السلف المشترك لجميع الثعابين يتربص في الظلال ، بعيد المنال ويتردد في تحديد هويته.