يُظهر الجينوم العملاق أن الحجم لا يهم

ابق على اطلاع بالتحديثات المجانية

ببساطة قم بالتسجيل في علوم myFT Digest – يتم تسليمه مباشرة إلى صندوق الوارد الخاص بك.

الكاتب معلق علمي

يمكن أن تأتي الأشياء الصغيرة أحيانًا في عبوات كبيرة جدًا. وينطبق هذا على السرخس الصغير الذي ينمو في عدد قليل من الجزر في جنوب المحيط الهادئ.

وتبين أن النبات الذي يبدو عاديا يحتوي على أكبر جينوم تم اكتشافه على الإطلاق، وهو أكبر بنحو 50 مرة من حجم الإنسان. وهي تحمل الآن ثلاثة أرقام قياسية في موسوعة غينيس: أكبر جينوم لكائن حي، وأكبر جينوم نباتي، وأكبر جينوم سرخس.

الحفظ هو مصدر قلق. الكائنات الحية ذات الجينومات الكبيرة تنمو بشكل أبطأ وتتكيف بشكل أبطأ مع الظروف المتغيرة. ويشعر علماء النبات بالقلق من أن هذه النباتات، التي سبقت الديناصورات، قد لا تنجو من تغير المناخ.

لكن هذا الاكتشاف يوضح أيضًا الغموض المحيط بشفرة الحياة، في الوقت الذي قد نميل فيه إلى تهنئة أنفسنا على إتقاننا لها. حتى مع قيام العلماء بتعديل الجينوم البشري لعلاج بعض الأمراض الوراثية وتعديل الحمض النووي للنباتات لإنتاج محاصيل مقاومة للمناخ، لا يزال بإمكان الطبيعة أن تفرز مفاجآت عملاقة.

أخبرني إيليا ليتش، عالم الأحياء التطوري للنباتات في الحدائق النباتية الملكية في كيو بإنجلترا، وعضو في الفريق الدولي الذي توصل إلى هذا الاكتشاف، أن معظم الناس لن ينظروا مرتين إلى صاحب الرقم القياسي الثلاثي الجديد. يبلغ طول السرخس الشوكي، Tmesipteris oblanceolate، حوالي 10-15 سم فقط. مع أوراق متشعبة رفيعة تعانق الجذع بدلاً من السعف الباهظة، يبدو من بعيد مثل غصن إكليل الجبل.

وقد تم انتشالها العام الماضي من موطنها الأصلي كاليدونيا الجديدة، وهي منطقة فرنسية ما وراء البحار في جنوب غرب المحيط الهادئ، من قبل فريق بقيادة جاومي بيليسر من معهد برشلونة للنباتات، بما في ذلك معشبة كاليدونيا الجديدة. ثم جاء تحليل الجينوم: والذي يتضمن عزل نواة الخلايا النباتية وصبغها بصبغة ترتبط بالمادة الوراثية. كلما كانت صبغة الصبغة أكبر، كلما كان الجينوم أكبر.

هذا واحد وقفت. يتم قياس حجم الجينوم في أزواج أساسية، أي ما يعادل بشكل فضفاض “الدرجات” على السلم الحلزوني المزدوج الملتوي. يتكون الجينوم البشري من أكثر من ثلاثة مليارات زوج قاعدي: إذا تم فكه، فإن هذا الحمض النووي سيمتد إلى مترين. وبالمقارنة، فإن جينوم سرخس الشوكة وصل إلى أكثر من 160 مليار زوج قاعدي، والتي إذا تم نشرها، سيكون طولها حوالي 106 أمتار، أي أطول من ساعة بيج بن. يقول ليتش: “لقد أذهلتني”.

وهذا يتفوق على أكبر جينوم حيواني، وهو السمكة الرئوية الرخامية، بمقدار 30 مليار زوج قاعدي، وحامل الرقم القياسي السابق للنبات، وهو نبات باريس جابونيكا المزهر، بنحو 11 مليار زوج (وجده نفس الفريق أيضًا). ونشرت النتائج الأسبوع الماضي في مجلة iScience.

فهو يؤكد، على عكس ما هو بديهي، أن حجم جينوم الكائن الحي لا علاقة له بتعقيده. ولكن لا يزال هناك الكثير غير مفسر: كيف يمكن لنبات السرخس الشوكي أن يطوي الكثير من الحمض النووي في الخلايا التي لا يزيد عرضها عن جزء من المليمتر؟ وبالنظر إلى أن أقل من 1% من تلك المادة الجينية يُعتقد أنها مفيدة وظيفيًا، فكيف تقوم الخلايا بتمشيط الجينوم الواسع للعثور عليها؟ يقول ليتش: “إن الأمر أشبه بالبحث عن عدد قليل من الكتب التي تحتوي على تعليمات للعيش والبقاء، وسط مكتبة تضم ملايين الكتب”. “إنه أمر مذهل بالنسبة لي.”

تبدو مثل هذه الكائنات، على عكس تلك ذات الجينومات الأقل حجمًا، غير قادرة على التخلص من الحمض النووي الزائد عن الحاجة الذي نسخ نفسه عشوائيًا وتراكم بمرور الوقت. يقول ليتش إن الأمر يبدو كما لو أن الجينومات أصبحت سمينة.

ونظرًا لتكاليف خدمة الجينوم الضخم، فمن غير الواضح كيف تبقى على قيد الحياة في الطبيعة. إن آليات تكرار 106 مليون من الحمض النووي مع كل انقسام خلوي تعني أن النبات ينمو ببطء ويحتاج إلى الكثير من النيتروجين والفوسفور. ويتطلب ذلك موائل مستقرة وغنية بالمغذيات مع القليل من المنافسة على الموارد. كما أن الجينومات الكبيرة تجعل عملية التمثيل الضوئي أقل كفاءة. لا يعرف علماء الأحياء ما إذا كان هناك حد أساسي لحجم الجينوم.

ومن شأن إجراء المزيد من الأبحاث الآن أن يساعد في الحفاظ على البيئة، وهو أمر يصر ليتش على أنه أمر بالغ الأهمية، حتى بالنسبة للسراخس الغامضة، نظرا لأن النباتات تدعم الحياة على الأرض. وستكون الخطوة التالية هي تحديد تسلسل جينوم السرخس الشوكي (من المتوقع أن يحتوي على حوالي 100000 جين، بينما يمتلك البشر 20000 جين). ويرغب ليتش أيضًا في إحضار عينة إلى مصنعه في كيو، وهي مهمة إدارية شاقة يزيد من تعقيدها خروج بريطانيا من الاتحاد الأوروبي.

يتطلب كلا الهدفين حملة أخرى، لكن في الوقت الحالي، يجب على علم الجينوم أن يذعن للجغرافيا السياسية. منذ شهر مايو، شهدت كاليدونيا الجديدة اضطرابات سياسية مستمرة مرتبطة بمحاولة توسيع حقوق التصويت في الجزيرة. لا يُنصح بالسفر غير الضروري؛ الزيارات معلقة حاليًا.

على هذا النحو، فإن قصة السرخس الشوكي هي أكثر من مجرد قصة جينوم متضخم. كما يكشف أيضًا شيئًا من عبء عالم النبات: النباتات والسياسة والأعمال الورقية.