صدها مایل دورتر از سواحل اکوادور، درست در همان مکانی که الهامبخش نظریه برجسته تکامل چارلز داروین بود، به نظر میرسد یک گونه وحشی در حال رشد، مسیر تکامل را به عقب برگردانده است.
یک گوجهفرنگی کوچک که در گالاپاگوس یافت میشود و از نظر علمی با نام سولانوم پنیلی (Solanum pennellii) شناخته میشود، اولین بار در سال ۲۰۲۴ و طی مطالعهای روی آلکالوئیدها – ترکیبات طبیعی تولید شده توسط گیاهان که میتوانند به عنوان یک آفتکش داخلی عمل کنند – توجه محققان را به خود جلب کرد. همانطور که دانشمندان گوجهفرنگیهای یافت شده در سراسر منطقه را تجزیه و تحلیل میکردند، متوجه چیز عجیبی شدند: سولانوم پنیلی از جزایر جوانتر غربی مجمعالجزایر، ترکیباتی را تولید میکرد که میلیونها سال در گیاهان گوجهفرنگی دیده نشده بودند.
سپس محققان گیاهان غیرمعمول را با نمونههای سولانوم پنیلی در جزایر قدیمیتر مقایسه کردند. آنها دریافتند که گوجهفرنگیهای جزایر شرقی دارای یک سیستم دفاعی مدرن هستند، که نشان میدهد گیاهان جوانتر غربی در مسیر تکاملی گونه عقب نماندهاند، بلکه مورد احتمالی «تکامل معکوس» را به نمایش گذاشتهاند.
آدام جوزویاک، بیوشیمیست مولکولی در دانشگاه کالیفرنیا، ریورساید، که بخشی از تیمی بود که این کشف را انجام داد، گفت: «دیدن تکامل معکوس بسیار رایج نیست.» دانشمندان یافتههای خود را در ژوئن در مجله نیچر کامیونیکیشنز گزارش کردند.
جوزویاک افزود: «ما فکر میکنیم که شاید شرایط محیطی، این گوجهفرنگیها را تحت فشار قرار داده تا به حالت اولیه یا اجدادی خود بازگردند.» او همچنین گفت که این یافته «نشان میدهد که طبیعت بسیار انعطافپذیر است و آنطور که ما فکر میکردیم – که همه چیز فقط به سمت جلو میرود – نیست.»
در حالی که میوه گیاهان غربی کمی متفاوت به نظر میرسید – با رنگی مایل به بنفش و تاکهای تیرهتر به جای رنگهای روشن و گرم معمول خود – بزرگترین تفاوت بین آنها و گوجهفرنگیهای جزایر شرقی در سطح مولکولی یافت شد.
با تجزیه و تحلیل بیش از ۳۰ نمونه گوجهفرنگی، محققان مشاهده کردند که سولانوم پنیلی غربی دارای یک اثر انگشت مولکولی مشابه بادمجان، یکی دیگر از اعضای خانواده گیاهان تاجریزی است که جد مشترکی دارند. در حالی که گوجهفرنگیهای مدرن تکامل یافتهاند تا دیگر آلکالوئیدهای بادمجان را تولید نکنند، به نظر میرسید که گوجهفرنگیهای جزایر گالاپاگوس غربی، مجدداً تکامل یافتهاند یا تکامل معکوس داشتهاند تا این ژن اجدادی را در خود داشته باشند.
جوزویاک گفت که با مطالعه این مولکولها و بررسی اینکه چرا گوجهفرنگیها به ژنهای باستانی بازگشتهاند، دانشمندان میتوانند محصولات کشاورزی بهتری برای خوردن، آفتکشهای قویتر یا حتی دارو طراحی کنند. همچنین میتواند به محققان کمک کند تا تکامل را در گونههای مختلف، از جمله انسان، و اینکه آیا این روند انعطافپذیرتر از آنچه قبلاً تصور میشد است، بیشتر درک کنند.
احیای دفاعیات باستانی گوجهفرنگی
سولانوم پنیلی منشأ آمریکای جنوبی دارد و به احتمال زیاد از طریق پرندگانی که بذرهای این گیاه را ۱ یا ۲ میلیون سال پیش، قبل از تشکیل جزایر جوانتر در نتیجه فعالیتهای آتشفشانی، حمل میکردند، به جزایر گالاپاگوس راه یافته است. به گفته جوزویاک، اگرچه کارشناسان دقیقاً نمیدانند چه زمانی این گوجهفرنگیها به جزایر جوانتر رسیدهاند، اما تکامل این گیاه باید در نیم میلیون سال گذشته اتفاق افتاده باشد، زیرا این زمان تقریباً زمانی است که جوانترین جزایر برای اولین بار ظاهر شدند.
در جزایر شرقی، محیط پایدارتر و از نظر بیولوژیکی متنوعتر است، در حالی که جزایر جوانتر دارای چشماندازی بایر با خاک کمتر توسعه یافته هستند. کوکتل مولکولی سمی گوجهفرنگیهای دارای ژنهای باستانی نه تنها به گیاهان کمک میکند تا از خود در برابر شکارچیان محافظت کنند، بلکه جوزویاک فرض میکند که میتواند به ریشهها در جمعآوری مواد مغذی بیشتر یا احتمالاً محافظت از آنها در برابر بیماری نیز کمک کند.
محققان با تجزیه و تحلیل گوجهفرنگیها دریافتند که یک تغییر بسیار ساده در ساختار اسیدهای آمینه باعث شد که گیاه به ویژگیهای اجدادی خود بازگردد. سپس، آنها گیاهان تنباکو را به همین شیوه اصلاح ژنتیکی کردند تا تولید ترکیبات اجدادی را مشاهده کرده و نحوه عملکرد آن را تأیید کنند.
اما جوزویاک گفت که مطالعات بیشتری برای درک مزایای این تغییر و اینکه چرا این بازگشت در وهله اول اتفاق میافتد، مورد نیاز است.
به گفته آنوراگ آگراوال، بومشناس تکاملی و استاد مطالعات محیطی جیمز آ. پرکینز در دانشگاه کورنل در ایتاکا، نیویورک، مورد سولانوم پنیلی نشان میدهد که چگونه گیاهان در شرایط مختلف شیمی متنوعی را تکامل میدهند. اما او افزود که ایده تکامل معکوس در گوجهفرنگیها را چندان تعجبآور نمیداند.
آگراوال در یک ایمیل گفت: «اکثر زیستشناسان تکاملی، تکامل را یک فرآیند رو به جلو رد میکنند؛ بیشتر یک فرآیند تدریجی است که اغلب انحرافات و بازگشتها را در خود دارد.»
او به مثالهایی مانند از دست دادن چشم در حیوانات ساکن غار، از دست دادن قابلیت پرواز در پرندگانی که از اجداد پرنده تکامل یافتهاند – مانند پنگوئنها، شترمرغها و پرندگان کیوی – و از دست دادن اندامهای عقبی در پستانداران آبزی مانند نهنگها، دلفینها و گرازهای دریایی، زمانی که اجداد چهارپای آنها به دریا بازگشتند، اشاره کرد.
تحقیقات بیشتر، از جمله آزمایشهایی برای تعیین زمانبندی و شرایطی که تحت آن گیاهان گوجهفرنگی به این حالت اجدادی تکامل یافتهاند، به تأیید علت این بازگشت کمک خواهد کرد.
جوزویاک گفت که آلکالوئیدها در غلظتهای بالا برای مصرف انسان بیخطر نیستند، که مطالعه این ترکیبات و نحوه کنترل آنها را ارزشمند میسازد. اما در حال حاضر، گوجهفرنگیهای وحشی در حال رشد هیچ تأثیری بر سلامت انسان ندارند، زیرا برای مصرف انسانی کشت نمیشوند.
جوزویاک اظهار امیدواری کرد که به جزایر بازگردد تا به دنبال پاسخهایی برای این سؤالات، و همچنین سایر ویژگیهای بالقوه تحت تأثیر مولکولهای اجدادی، مانند تعامل گیاهان با حشرات و سرعت تجزیه آنها، باشد.
به چالش کشیدن یک قانون تکامل
اینکه برخی گونهها ویژگیهای مختص جزیره را توسعه دهند، چیز غیرعادی نیست. داروین این پدیده را در حین کار در گالاپاگوس در سال ۱۸۳۵ مشاهده کرد و برای مثال متوجه شد که فنچها اشکال نوک متفاوتی دارند که با منابع غذایی آنها در جزایر مختلف سازگار است.
با این حال، به گفته جوزویاک، اصطلاح «تکامل معکوس» در دنیای زیستشناسی تکاملی میتواند بحثبرانگیز باشد، زیرا معمولاً تصور نمیشود که تکامل به عقب برگردد.
اریک هاگ، استاد زیستشناسی در دانشگاه مریلند در کالج پارک، در یک ایمیل گفت: «علاوه بر این، از آنجایی که تکامل هدف از پیش تعیین شدهای ندارد، صحبت از «به جلو» و «معکوس» کمی مشکلساز است. تغییر، همان تغییر است.» هاگ در این مطالعه دخالتی نداشت.
هاگ به قانونی در زیستشناسی تکاملی به نام قانون دولو (Dollo’s Law) اشاره کرد که بیان میکند پس از از دست رفتن یک ویژگی در تکامل، به همان شیوه دقیقاً دوباره به دست نخواهد آمد. برای مثال، دلفینها زمانی به عنوان پستانداران خشکیزی تکامل یافتند، سپس میلیونها سال پیش به دریا بازگشتند، اما به گفته هاگ، دم آنها به شکل متفاوتی قرار گرفته بود و همچنان باید هوا تنفس میکردند.
به همین دلیل، او افزود که این مقاله «تا حدودی چالشی برای قانون دولو» محسوب میشود. «به نظر میرسد تغییرات خاص اسید آمینه... در گونه گالاپاگوس همان مواردی است که در اجداد بسیار دورتر یافت شدهاند. همگرایی تا این سطح، مطمئناً جالب است.»
هاگ خاطرنشان کرد، اما این موضوع پیچیده است، زیرا به نظر میرسد گوجهفرنگیها تفاوتهایی با همتایان اجدادی خود نیز دارند – گوجهفرنگیهای جزایر جوانتر که ژن اجدادی را دوباره به دست آوردند، هم آلکالوئیدهای مدرن و هم باستانی را تولید کردند. او گفت که مطالعات بیشتری برای درک آنچه واقعاً در حال رخ دادن است، و اینکه آیا انتخاب طبیعی به نفع جهشهای اجدادی بوده است، مورد نیاز است.
در حالی که جوزویاک روی انسانها مطالعه نمیکند، گفت که با در نظر گرفتن تکامل به عنوان چیزی انعطافپذیرتر، دانشمندان میتوانند گونههای دیگری را که این اتفاق در آنها رخ میدهد مشاهده کنند – و همچنین میتوانند امکان «تکامل معکوس» انسانها یا بازگرداندن ژنهای اجدادی در طول زمان را بررسی کنند.
به گفته برایان هال، استاد پژوهشی بازنشسته در زیستشناسی سلولی تکاملی در دانشگاه دالهاوزی در هالیفاکس، کانادا، این مفهوم مشابه موارد نادر انسانهایی است که با دمهای ابتدایی به دنیا میآیند، ویژگیای که در اجداد نخستیها بیش از ۲۵ میلیون سال پیش دیده میشد. او گفت آنچه اکنون باقی مانده، استخوانهای دم است که توانایی تولید بیشتر را دارند.
با این حال، هال در یک ایمیل به سیانان گفت که اصطلاح تکامل معکوس «بیمعنی است زیرا به این معنی است که ما به حالت اجدادی بازگشتهایم، که بدیهی است غیرممکن است.» او آن را بیشتر به «حفظ پتانسیل تکاملی» تشبیه کرد. او خاطرنشان کرد که این موضوع در اسبهایی که یک انگشت دارند، اما گاهی اوقات میتوانند با سه انگشت مانند اجدادشان به دنیا بیایند، نیز دیده میشود.
هال افزود: «آنچه در اسبهای مدرن از دست رفته، سه انگشت است. آنچه از اجداد حفظ شده، پتانسیل تشکیل سه انگشت است.»
از سوی دیگر، بث شاپیرو، استاد بومشناسی و زیستشناسی تکاملی در دانشگاه کالیفرنیا، سانتا کروز، گفت که این اصطلاح را راهی عالی برای درگیر کردن افراد بیشتر در مفهوم تکامل میداند.
شاپیرو در یک ایمیل گفت: «این صرفاً یک روش انسانمحور برای صحبت کردن درباره آن است نه صرفاً علمی. تکامل جهتدار نیست؛ تصادفی است. با گذشت زمان، تکامل ادامه مییابد – و گاهی اوقات این به معنای این است که گونههای ژنی که دیگر رایج نیستند، دوباره رایج میشوند. اما این فقط تکامل است.»
جوزویاک گفت در حالی که این مفهوم که تکامل «میتواند در هر جهتی پیش برود» به راحتی توسط برخی دانشمندان پذیرفته نمیشود، اما همچنان موضوع مهمی است که ارزش مطالعه بیشتر را دارد.
او افزود: «تکامل همیشه نوعی توسط شرایط محیطی، توسط رقابت، اجباری بوده است. خوب است نشان دهیم که ویژگیهایی که گونهها در گذشته داشتند برای آن وضعیت در گذشته عالی بودند، و اگر این شرایط اکنون تغییر کند، میتوانیم به آن ویژگی که داشتیم، یا گونههای دیگر داشتند، بازگردیم.»
تیلور نیچیولی روزنامهنگار آزاد ساکن نیویورک است.
برای دریافت خبرنامه علمی Wonder Theory سیانان ثبتنام کنید. جهان را با اخبار کشفیات جذاب، پیشرفتهای علمی و موارد دیگر کاوش کنید.