معمای «کاج وُلِمی»؛ درختی که از زمان دایناسورها باقی مانده است

فرادید| تصور می‌شد کاج وُلِمی دو میلیون سال پیش منقرض شده است تا اینکه سال ۱۹۹۴ توسط گروهی از کوهنوردان دوباره کشف شد. حالا، دانشمندان ژنوم آن را رمزگشایی کرده‌اند تا بفهمند چگونه از زمان دایناسورها تقریباً بدون تغییر زنده مانده است. 

به گزارش فرادید، سال ۱۹۹۴، کوهنوردان گروهی از درختان عجیب و غریب را کشف کردند که در دره‌ای در پارک ملی وُلِمی، حدود ۱۰۰ کیلومتری غرب سیدنی، استرالیا رشد می‌کردند. یکی از کوهنوردان طبیعت‌شناس خدمات پارک را مطلع کرد. او نیز نمونه‌هایی از برگ این درختان را به گیاه‌شناس نشان داد. در نهایت مشخص شد این نمونه‌ها، گونه‌هایی باستانی هستند که اساساً از زمان دایناسورها باقی مانده‌اند.

تصویری که فسیل‌های باستانی این درخت را در کنار اجزاء امروزی آن نشان می‌دهد

کاج وُلِمی (Wollemia nobilis) که برخی آن را «فسیل زنده» می‌نامند، تقریباً مشابه بقایای حفظ‌شده‌ی مربوط به دوره کرتاسه (۱۴۵ تا ۶۶ میلیون سال پیش) است. حالا فقط ۶۰ نمونه از این درختان در طبیعت وجود دارند و این بازماندگان سرسخت از جانب آتش‌سوزی‌های جنگلی منطقه تهدید می‌شوند. تصور می‌شد این درختان حدود ۲ میلیون سال پیش منقرض شده اند. 

حالا، دانشمندانی از استرالیا، ایالات متحده و ایتالیا، ژنوم آن را رمزگشایی کرده‌اند و ابهامات در مورد تکامل و عادات تولید مثلی منحصربه‌فرد آن در حال روشن شدن است و این یافته‌ها به تلاش‌های حفاظتی آن‌ها کمک می‌کند. 

این کاج دارای ۲۶ کروموزوم است که شامل ۱۲.۲ میلیارد جفت باز می‌شود. در مقایسه، انسان تنها حدود ۳ میلیارد جفت باز دارد. کاج‌های وُلِمی به رغم اندازه‌ی ژنوم‌شان، از نظر تنوع ژنتیکی بسیار کم هستند و این حاکی از یک تنگنا (زمانی که جمعیت به شکل چشمگیری کاهش می‌یابد) حدود ۱۰۰۰۰ تا ۲۶۰۰۰ سال پیش است.

در حال حاضر فقط ۶۰ کاج وُلِمی در طبیعت وجود دارد و همین تعداد کم نیز در معرض خطر آتش‌سوزی هستند. 

در واقع، گیاهان مواد ژنتیکی زیادی را مبادله نمی‌کنند. به نظر می‌رسد درختان باقی‌مانده عمدتاً با شبیه‌سازی خود از طریق جست‌آوری تکثیر می‌شوند که در آن زیرشاخه‌ها از پایه بیرون می‌آیند و به درختان جدید تبدیل می‌شوند (پاجوش). 

نادر بودن آن‌ها ممکن است تا حدی به دلیل تعداد بالای ژن‌های پرشی باشد، بخش‌هایی از DNA که می‌توانند موقعیت آن‌ها را در ژنوم تغییر دهند. این عناصر حاکی از اندازه ژنوم نیز هستند. جرالد شونکنشت، مدیر برنامه تحقیقاتی ژنوم گیاهی بنیاد ملی علوم گفته است: «کوچکترین ژنوم گیاهی و بزرگترین ژنوم گیاهی تقریباً تعداد ژن‌های یکسانی دارند. تفاوت‌های بزرگ در اندازه معمولاً از ژن‌های پرشی ناشی می‌شود.» 

هنگامی که ژن‌های پرشی به مکان‌های جدید جهش می‌کنند، می‌توانند توالی حروف را در یک مولکول DNA تغییر دهند و در نتیجه باعث ایجاد یا معکوس کردن جهش‌ها در ژن‌ها شوند. آن‌ها ممکن است DNA عملکردی را با خودشان حمل کنند یا DNA را در محل درج تغییر دهند و از این رو تأثیر قابل توجهی بر تکامل یک ارگانیسم بگذارند. 

به گفته محققان، اگر ژن‌های پرشی جهش‌های مضری القا کنند، ممکن است به کاهش جمعیت تسریع‌شده در اثر تغییر آب و هوا و عوامل دیگر کمک کرده باشند. این شرایط استرس‌زا ممکن است گیاه را به سمت تولیدمثل غیرجنسی سوق داده باشد. از آنجا که افزایش ژن‌های پرشی با تولیدمثل جنسی مرتبط است، تغییر در تولیدمثل غیرجنسی ممکن است افزایش بالقوه‌ی جهش‌های مخرب را کاهش داده باشد. به طرز متناقضی، در حالی که درختان هنوز به تولیدمثل جنسی متکی بودند، ژن‌های پرشی ممکن است در افزایش تنوع ژنتیکی نقش داشته باشند و بنابراین دست‌کم به طور موقت آن‌ها را در برابر شرایط تغییر انعطاف‌پذیرتر کرده باشند.

فسیلی از یک نمونه ۹۰ میلیون‌ساله از کاج ولمی

شونکنشت گفته است: «در ۹۹ درصد همه موارد، جهش‌ها ایده خوبی نیستند. اما در طول میلیون‌ها سال، آن ۱ درصدی که کمک می‌کند، می‌تواند گونه را به جلو حرکت دهد. در این مورد آن یک درصد مزیت داشته است.» 

رمزگشایی ژنوم نشان داد که چرا به نظر می‌رسد کاج ولمی به بیماری حساس است - به ویژه Phytophthora cinnamomi، یک کپک آب بیماری‌زا که سبب مرگ می‌شود. ژن‌های مقاوم به بیماری درخت توسط نوعی از RNA خود درخت که با رشد برگ‌های پهن‌تر مرتبط است، سرکوب می‌شوند. کاج‌های ولمی، بر خلاف اکثر مخروطیان، برگ‌های سوزنی پهنی دارند. 

بنابراین، تکامل برگ‌های پهن‌تر ممکن است منجر به سرکوب مقاومت در برابر بیماری‌ها شده و گونه‌ها را در معرض تهدیدات بیماری‌زا قرار داده باشد.

در حالی که تنها چهار جمعیت کوچک از این درختان در طبیعت باقی مانده است، کاج‌ها به طور گسترده از سوی باغ‌های گیاه‌شناسی و سایر مؤسسات، در تلاش برای حفظ آن‌ها و مطالعه زیست‌شناسی آن‌ها، تکثیر شده‌اند. این گونه توسط IUCN به شدت در معرض خطر انقراض در نظر گرفته شده است. از این رو، تجزیه و تحلیل ژنوم کاج ولمی صرفاً یک کنجکاوی دانشگاهی نیست و برای بقای این گونه اهمیت زیادی دارد.

مترجم: زهرا ذوالقدر