كدام گونه از جانداران بيشترين تنوع ژنتيكي را دارند؟

متنوع‌ترين گونه‌ها ازانديشه متخصصين ژنتيكي كدام گونه‌ها هستند؟ پروانه‌اي كه در بيست رنگ وجود دارد يا باكتري‌اي كه هر بيست دقيقه تقسيم مي‌شود و در طول مسير جهش‌هاي ژنتيكي در ژنوم او تجمع پيدا مي‌كند؟

به‌انديشه متخصصين مي‌رسد ركوردار كنوني بيشترين تنوع ژنتيكي نوعي قارچ باشد كه روي چوب پوسيده زندگي مي‌كند و درمقابل، جانوري به نام وشق از تنوع ژنتيكي بسيار كمي برخوردار است. اين خبر بدي براي وشق است؛ زيرا داشتن تنوع ژنتيكي فراوان مزيت دارد و به ارگانيسم اجازه مي‌دهد دربرابر تغييرات محيط خود سازگار شود.

آشر كاتر، استاد گروه بوم‌شناسي و زيست‌شناسي تكاملي دانشگاه تورنتو، در گفت‌وگو با لايو ساينس گفت تنوع ژنتيكي سنجه‌اي از اين مسئله است كه دو قطعه از DNA از يك جايگاه ژنومي درون يك جمعيت چند بار باهم فرق دارند. مولكول DNA از بازهايي تشكيل شده است كه با حروف A (آدنين)، T (تيمين)، C (سيتوزين) و G (گوانين) نشان داده مي‌شوند كه به‌همراه ساختار همراه خود با عنوان نوكلئوتيدها شناخته مي‌شوند. تنوع ژنتيكي را مي‌توان به‌صورت تنوع نوكلئوتيدي يا درصد موقعيت‌هايي درون ژنوم تعريف كرد كه در آن دو فرد از يك گونه انتظار مي‌رود بازهاي DNA متفاوتي داشته باشند.

براساس مطالعه‌اي كه سال ۲۰۱۵ در مجله Molecular Biology and Evolution منتشر شد، قارچ اسپليت گيل (Schizophyllum Commune) از تنوع نوكلئوتيدي ۲۰ درصدي برخوردار است. اين بيشترين تنوع ژنتيكي گزارش‌شده براي يوكاريوت‌ها يا موجوداتي است كه سلول‌هاي آن‌ها حاوي هسته است. به‌عبارت‌ديگر، دو قارچ مختلف تقريبا در بيست موقعيت از هر صد موقعيت ژنومي خود بازهاي متفاوتي دارند. تنوع ژنتيكي قارچ مذكور از تنوع ژنتيكي ركوردار قبلي، يعني كرم لوله‌اي كائنورهابديتيس برنري (Caenorhabditis Brenneri) بيشتر است كه براساس مطالعه سال ۲۰۱۳ كه در مجله PNAS منتشر شد، تنوع نوكلئوتيدي ۱۴/۱ درصد دارد.

اين گونه‌ها به‌عنوان گونه‌هايي در انديشه متخصصين گرفته مي‌شوند كه از تنوع ژنتيكي فراواني برخوردار هستند. گونه‌هايي كه تنوع نوكلئوتيدي‌شان بيشتر از ۵ درصد باشد، در اين گروه قرار دارند. بيشتر گياهان و جانوران تنوع نوكلئوتيدي‌شان كمتر از اين ميزان تخمين زده مي‌شود و انسان‌ تنوع نوكلئوتيدي حدود ۰/۱ درصد دارد.

قارچ اسپليت گيل ازانديشه متخصصين ژنتيكي متنوع‌ترين گونه‌اي است كه تاكنون شناسايي شده

به‌گفته كاتر، باكتري‌ها و ويروس‌ها معمولا تنوع ژنتيكي درخورتوجهي دارند؛ اما مقايسه مستقيم تنوع ژنتيكي ميان باكتري‌ها و ويروس‌ها از يك طرف و يوكاريوت‌ها از طرف ديگر دشوار است؛ زيرا گونه‌ها در آن گروه‌بندي‌ها به‌طور متفاوتي تعريف مي‌شوند. براي سادگي كار، مباحثه را به تنوع ژنتيكي يوكاريوت‌ها محدود مي‌كنيم كه تمامي حيوانات و گياهان و قارچ‌هاي روي زمين را شامل مي‌شود.

عوامل اصلي تأثيرگذار روي تنوع ژنتيكي گونه‌ها عبارت‌اند از: نرخ جهش و اندازه جمعيت و پايداري جمعيت. تنوع ژنتيكي ازطريق جهش حاصل مي‌شود؛ بنابراين، هرچه نرخ جهش بيشتر باشد و گونه جهش‌هاي بيشتري به‌دست آورد، تنوع ژنتيكي آن بيشتر خواهد بود. به‌همين‌ترتيب، هرچه جمعيت بزرگ‌تر باشد، نسخه‌هاي بيشتري از ژنوم وجود دارد تا جهش‌هايي كه آن تنوع ژنتيكي را ايجاد مي‌كنند، در آن‌ها تجمع پيدا كند. برعكس، هرچه جمعيت كوچك‌تر باشد، معمولا تنوع ژنتيكي آن كمتر خواهد بود.

پژوهشگراني كه تنوع ژنتيكي را مطالعه مي‌كنند، بر تعداد افرادي در جمعيت تمركز دارند كه توليدمثل و ماده ژنتيكي را منتقل مي‌كنند. اين عدد اندازه مؤثر جمعيت ناميده مي‌شود. اگرچه اندازه جمعيت مؤثر با اندازه جمعيت كل متناسب است، مي‌تواند بسيار كوچك‌تر باشد. اگر جمعيتي از تنگنايي عبور يا رويدادي را تجربه كند كه بسياري از افراد جمعيت را از بين ببرد و مدتي را به‌عنوان گروهي كوچك‌تر بگذراند و سپس احيا شود، تنوع ژنتيكي جمعيت حاصل كمتر خواهد بود. اين وضعيت قبلا براي گاوميش‌هاي اروپايي (Bison Bonasus) اتفاق افتاد كه در جنگ جهاني اول زماني‌كه فقط ۱۲ رأس از آن‌ها در حيات‌وحش باقي مانده بود، تقريبا منقرض شدند.

قارچ اسپليت گيل با تنوع ژنتيكي بسيار زياد، به‌جز جنوبگان در تمام قاره‌ها موجود است و اندازه جمعيت مؤثر بسيار بزرگي درحد چند‌ميليون دارد. براساس مقاله سال ۲۰۱۵، اين قارچ نرخ جهش فراواني نيز دارد كه تقريبا دَه برابر سرعت جهش دروزوفيلا ملانوگاستر است. هر دو عامل احتمالا در تنوع ژنتيكي درخورتوجه اين قارچ مؤثرند.

تنوع ژنتيكي بدين‌دليل مهم است كه به گونه‌ها اجازه مي‌دهد تا با تغييرات محيطي سازگار شوند. اگر گونه‌اي تنوع ژنتيكي بسيار كمي داشته باشد، ماده خامي وجود ندارد كه تكامل روي آن عمل كند. اگر بيماري ظاهر شود و با هدف قراردادن نسخه‌اي از يك ژن، ارگانيسم‌ها را از بين ببرد و آن نسخه از ژن، تنها نسخه‌اي باشد كه گونه آن را دارد، بيماري مي‌تواند كل گونه را از بين ببرد. درمقابل، اگر گونه درون آن ژن از تنوع ژنتيكي برخوردار باشد، شايد نسخه‌اي از آن به فرد كمك كند تا دربرابر بيماري مقاومت كند و گونه را نجات دهد.

يكي از جانوراني كه با چنين خطراتي رو‌به‌رو است، وشق است. وشق ايبري (Lynx Pardinus) تنوع نوكلئوتيدي ۰/۰۲۶ درصد دارد كه به‌گفته خوزه گودوي، متخصص ژنتيك حفاظت و بوم‌شناسي مولكولي، يكي از گونه‌هايي است كه كمترين تنوع نوكلئوتيدي را دارد. يكي از دلايل تنوع ژنتيكي بسيار كم وشق ايبري آن است كه در چند قرن گذشته، چندين تنگناي جمعيتي را گذرانده كه باعث شده است اندازه مؤثر جمعيت آن به كمتر از ۳۰۰ برسد. جمعيت مؤثر اين جانور در پايان قرن بيستم به كمتر از ۳۰ رسيد.

وقتي جمعيت كوچك مي‌شود، جهش‌هايي كه از تنگناها عبور مي‌كنند، ازجمله جهش‌هاي مضر مي‌توانند تأثير بزرگ‌تري بر جمعيت بگذارند؛ زيرا جمعيت كلي كوچك‌تر است. براي مثال، دَه جهش مضر در جمعيت هزارنفري درمقايسه‌با دَه جهش مضر در جمعيت صدنفري تأثير كمتري خواهد گذاشت. درنتيجه، تنوع ژنتيكي اندك ناشي از تنگناهاي اخير با تجمع تغييرات ژنتيكي نسبتا مضر همراه است كه شايستگي كلي جمعيت را كاهش مي‌دهد.

وشق ايبري تنوع ژنتيكي بسيار كمي دارد

تنوع ژنتيكي بسيار كم وشق ايبري ممكن است در باروري ضعيف و شيوع درخورتوجه بيماري‌ها در اين گونه ايفاي نقش كند. براساس فهرست قرمز گونه‌هاي درمعرض خطر IUCN، گونه‌هاي درمعرض خطر انقراض با تهديدهايي مانند شكار، از‌دست‌دادن زيستگاه كه هم با تغييرات اقليمي و هم با توسعه انساني مرتبط است، كمبود طعمه (خرگوش) و بيماري‌ها مواجه هستند. به‌گفته گودوي، وشق اوراسيايي نيز تنوع ژنتيكي كمي دارد.

فراتر از تهديدهايي كه وشق با آن روبه‌رو است، جمعيت نسبتا كم علت ديگري نيز دارد: اين گونه در بالاي زنجيره غذايي قرار دارد. براي داشتن غذاي كافي، شكارچيان بزرگ رأس هرم غذايي بايد درمقايسه‌با جانوران كوچك‌تري كه از آن‌ها تغذيه مي‌كنند، جمعيت كوچك‌تري داشته باشند. فراواني كم گوشت‌خواران، خصوصا گوشت‌خواران غيراجتماعي مانند وشق آن‌ها را به‌سمت داشتن تنوع ژنتيكي بسيا اندك سوق مي‌دهد. اين پديده در چيتاها نيز ديده مي‌شود. اين گربه بزرگ تنوع ژنتيكي كمتر از ۰/۰۲ درصد دارد.

به‌گفته كاتر، اگرچه تنوع ژنتيكي انسان كه حدود ۰/۱ درصد است، بسيار بيشتر از تنوع ژنتيكي وشق است، اگر اين واقعيت را در انديشه متخصصين بگيريد كه ميلياردها انسان روي زمين وجود دارند، بسيار كم است. دليل اين امر آن است كه مدت نسبتا كوتاهي است كه ميلياردها انسان وجود دارد و تجمع جهش‌ها و ايجاد تنوع ژنتيكي در جمعيت نيازمند زمان است.

تخمين زده مي‌شود كه اندازه جمعيت مؤثر انسان در تاريخ اخير درحد صدهزار باشد؛ اما برآورد طولاني‌مدت از اندازه جمعيت انساني بسيار كمتر و درحدود دَه‌هزار نفر است. اندازه جمعيت مؤثر ما مانند قارچ اسپليت گيل ميليوني نيست؛ ولي درمقايسه‌با اندازه جمعيت مؤثر وشق ايبري بسيار بيشتر است. اگر انسان‌ها اندازه جمعيت بزرگشان را براي هزاران سال ديگر حفظ كنند، مي‌توان انتظار داشت كه تنوع ژنتيكي ما نيز به همين نسبت رشد كند.