عودة الطماطم إلى جذورها في جزر غالاباغوس

على بعد مئات الأميال قبالة ساحل الإكوادور، في نفس المكان الذي ألهم نظرية التطور الأساسية لتشارلز داروين، يبدو أن نوعًا من الكائنات البرية التي تنمو في البرية قد ضربت الترجيع.

فقد لفتت الطماطم الصغيرة التي عُثر عليها في جزر غالاباغوس، والمعروفة علميًا باسم Solanum pennellii، انتباه الباحثين لأول مرة في عام 2024 خلال دراسة للقلويدات، وهي مركبات طبيعية تنتجها النباتات يمكن أن تعمل كمبيد حشري مدمج. وبينما كان العلماء يحللون الطماطم الموجودة في جميع أنحاء المنطقة، لاحظوا شيئًا غريبًا: كانت Solanum pennellii من الجزر الغربية الأصغر سنًا في الأرخبيل تنتج مركبات لم تُشاهد في نباتات الطماطم منذ ملايين السنين.

ثم قارن الباحثون هذه النباتات غير الاعتيادية مع عينات من نباتات Solanum pennellii في الجزر الأقدم. ووجدوا أن الطماطم في الجزر الشرقية لديها نظام دفاعي حديث، مما يعني أن النباتات الغربية الأصغر سنًا لم تُترك في رحلة تطور الأنواع، بل أظهرت حالة محتملة من "التطور العكسي".

{{MEDIA}}

قال آدم جوزوياك، عالم الكيمياء الحيوية الجزيئية في جامعة كاليفورنيا في ريفرسايد، الذي كان جزءًا من الفريق الذي توصل إلى هذا الاكتشاف: "ليس من الشائع جدًا رؤية تطور عكسي". أبلغ العلماء عن النتائج التي توصلوا إليها في يونيو في مجلة Nature Communications.

وقال جوزوياك: "نعتقد أن الظروف البيئية ربما تضغط على هذه الطماطم لتعود إلى حالتها الأصلية أو إلى حالة الأسلاف"، مضيفًا أن الاكتشاف "يُظهر أن الطبيعة مرنة للغاية، وهي ليست بالطريقة التي كنا نعتقدها أن كل شيء يسير إلى الأمام فقط".

وفي حين أن ثمار النباتات الغربية بدت مختلفة قليلاً بلون أرجواني وكروم أغمق بدلاً من ألوانها الزاهية والدافئة المعتادة إلا أن أكبر الاختلافات بينها وبين الطماطم من الجزر الشرقية كانت على المستوى الجزيئي.

وبتحليل أكثر من 30 عينة من الطماطم، لاحظ الباحثون أن الـ Solanum pennellii الغربي كان له بصمة جزيئية مشابهة لـ Solanum، وهو عضو آخر من عائلة الـ Solanum للنباتات التي تشترك في سلف مشترك. وفي حين تطورت الطماطم الحديثة بحيث لم تعد تنتج قلويدات الـ Solanum، فإن تلك الموجودة في جزر غالاباغوس الغربية قد تطورت من جديد على ما يبدو، أو أزيلت من التطور، لتحتوي على هذا الجين السلالي.

وقال جوزفياك إنه من خلال دراسة هذه الجزيئات والتحقق من سبب عودة الطماطم إلى الجينات القديمة، يمكن للعلماء تصميم محاصيل أفضل للأكل، أو مبيدات حشرية أقوى أو حتى دواء. كما يمكن أن يساعد ذلك الباحثين على فهم التطور في مختلف الأنواع، بما في ذلك البشر وما إذا كان أكثر مرونة مما كان يُعتقد في السابق.

إحياء دفاعات الطماطم القديمة

تعود أصول نبتة Solanum pennellii إلى أمريكا الجنوبية، ومن المحتمل أن تكون قد شقت طريقها إلى جزر غالاباغوس من خلال الطيور التي تحمل بذور النبتة قبل مليون أو مليوني سنة، قبل أن تتشكل الجزر الأصغر سناً نتيجة للنشاط البركاني، وفقاً لجوزوياك. وعلى الرغم من أن الخبراء ليسوا متأكدين بالضبط متى وصلت الطماطم إلى الجزر الأصغر سناً، إلا أن تطور النبات لا بد أن يكون قد حدث خلال نصف مليون سنة مضت، لأن ذلك كان في الوقت الذي ظهرت فيه الجزر الأصغر سناً لأول مرة، بحسب جوزوياك.

في الجزر الشرقية، كانت البيئة أكثر استقرارًا وتنوعًا بيولوجيًا، في حين أن الجزر الأصغر سنًا ذات طبيعة قاحلة وتربة أقل تطورًا. لا يساعد المزيج الجزيئي السام للطماطم مع الجينات القديمة النباتات على درء الحيوانات المفترسة فحسب، بل يفترض جوزوياك أنه يمكن أن يساعد الجذور أيضًا على جمع المزيد من العناصر الغذائية أو ربما يحميها من الأمراض.

عند تحليل الطماطم، وجد الباحثون أن تغييرًا بسيطًا جدًا في تركيبة الأحماض الأمينية هو ما جعل النبات يعود إلى صفاته القديمة. ثم قاموا بعد ذلك بتعديل نباتات التبغ وراثياً بالطريقة نفسها لمراقبة إنتاج مركبات الأسلاف والتأكد من كيفية عملها.

لكن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لفهم فائدة هذا التحول وسبب حدوث الارتداد في المقام الأول، كما قال جوزوياك.

وفقًا لأنوراغ أغراوال، عالم البيئة التطورية وأستاذ الدراسات البيئية في جامعة كورنيل في إيثاكا، نيويورك، فإن حالة Solanum pennellii تلقي الضوء على كيفية تطور النباتات في كيمياء متنوعة في ظل ظروف مختلفة. لكنه أضاف أنه لا يجد أن فكرة التطور العكسي في الطماطم مثيرة للدهشة بشكل خاص.

وقال أغراوال في رسالة بالبريد الإلكتروني: "معظم علماء الأحياء التطورية يرفضون التطور كعملية إلى الأمام، فهو أقرب إلى عملية ترقيع كثيراً ما تأخذ منعطفات وانعكاسات".

وأشار إلى أمثلة مثل فقدان العين في الحيوانات التي تعيش في الكهوف، وعدم القدرة على الطيران في الطيور التي تطورت من أسلافها الطائرة مثل طيور البطريق والنعام وطيور الكيوي وفقدان الأطراف الخلفية في الثدييات المائية مثل الحيتان والدلافين وخنازير البحر، عندما عادت أسلافها ذات الأربع أرجل إلى البحر.

ومن شأن إجراء المزيد من الأبحاث، بما في ذلك إجراء تجارب لمعرفة التوقيت والظروف التي تطورت فيها نباتات الطماطم إلى هذه الحالة السلفية، أن يساعد في تأكيد سبب العودة.

وقال جوزوياك إن القلويدات بتركيزات عالية ليست آمنة على الناس لتناولها، مما يجعل دراسة المركبات وكيفية السيطرة عليها أمرًا قيّمًا. ولكن، حتى الآن، ليس للطماطم التي تنمو في البرية أي تأثير على صحة الإنسان، لأنها لا تُزرع للاستهلاك البشري.

قال جوزفياك إنه يأمل في العودة إلى الجزر للبحث عن إجابات لهذه الأسئلة، بالإضافة إلى الصفات الأخرى التي يحتمل أن تتأثر بجزيئات الأسلاف، مثل تفاعلات النباتات مع الحشرات ومعدل تحللها.

تحدي قانون التطور

إن تطوير بعض الأنواع لصفات خاصة بالجزيرة ليس بالأمر الغريب. فقد لاحظ داروين هذه الظاهرة أثناء عمله في جزر غالاباغوس في عام 1835، حيث لاحظ على سبيل المثال أن العصافير لها أشكال منقار مختلفة تتناسب مع مصادر غذائها الموجودة في الجزر المختلفة.

{{MEDIA}}

ومع ذلك، يمكن أن يُنظر إلى مصطلح "التطور العكسي" على أنه مثير للجدل في عالم علم الأحياء التطوري، حيث لا يُعتقد عادةً أن التطور يسير إلى الوراء، بحسب جوزوياك.

وعلاوة على ذلك، "بما أن التطور ليس له هدف محدد مسبقاً، فإن الحديث عن "التطور إلى الأمام" و"العكس" أمر إشكالي بعض الشيء. فالتغيير هو التغيير"، قال إريك هاج، أستاذ علم الأحياء في جامعة ميريلاند في كوليدج بارك، في رسالة بالبريد الإلكتروني. لم يشارك هاج في هذه الدراسة.

أشار هاج إلى القاعدة في علم الأحياء التطوري المعروفة باسم قانون دولو، والتي تنص على أنه بمجرد فقدان سمة ما في التطور، لن يتم استعادتها بنفس الطريقة بالضبط. وأوضح هاج أن الدلافين على سبيل المثال، تطورت ذات مرة لتكون من الثدييات البرية، ثم عادت إلى البحر منذ ملايين السنين، لكن ذيولها كانت في وضع مختلف، وكان لا يزال يتعين عليها تنفس الهواء.

وأضاف أنه بسبب هذا، فإن الورقة البحثية "تمثل تحديًا إلى حد ما لقانون دولو". "يبدو أن التغييرات المحددة في الأحماض الأمينية... في أنواع غالاباغوس هي نفسها الموجودة في أسلافها الأبعد بكثير. إن التقارب إلى هذا المستوى أمر مثير للاهتمام بالتأكيد."

وأشار هاج إلى أن الأمر معقد، لأنه يبدو أيضًا أن الطماطم لديها بعض الاختلافات عن نظيراتها من الأسلاف فالطماطم في الجزر الأصغر سنًا التي استعادت جينات الأسلاف أنتجت كلاً من القلويات الحديثة والقلويات القديمة. وقال إن هناك حاجة إلى مزيد من الدراسة لفهم ما يحدث بالفعل، وما إذا كان الانتقاء الطبيعي قد فضّل طفرات الأسلاف.

وفي حين أن جوزوياك لا يدرس البشر، إلا أنه قال إنه من خلال النظر إلى التطور على أنه أكثر مرونة، يمكن للعلماء مراقبة الأنواع الأخرى التي قد يحدث فيها ذلك ويمكنهم أيضًا استكشاف إمكانية "التطور العكسي" للبشر يومًا ما، أو إعادة جينات الأسلاف مع مرور الوقت.

ويشبه هذا المفهوم الحالات النادرة من البشر الذين يولدون بذيول بدائية، وهي سمة كانت موجودة في أسلاف الرئيسيات منذ أكثر من 25 مليون سنة، وفقًا لبراين هول، الأستاذ الفخري الباحث في بيولوجيا الخلية التطورية في جامعة دالهوزي في هاليفاكس بكندا. وقال إن ما تبقى الآن هو عظام الذيل التي لديها القدرة على إنتاج المزيد.

ومع ذلك، فإن مصطلح التطور العكسي "غير منطقي لأنه يعني ضمناً أننا عدنا إلى حالة الأسلاف، وهو أمر مستحيل بالطبع"، كما قال هول في رسالة بالبريد الإلكتروني. وساوى ذلك بـ "الاحتفاظ بالإمكانات التطورية". وأشار إلى أن هذا الأمر يظهر أيضاً في الخيول التي تمتلك إصبعاً واحداً من أصابع القدم، ولكن يمكن أن تولد أحياناً بثلاثة أصابع، مثل أسلافها.

وقال: "ما فُقد في الخيول الحديثة هو ثلاثة أصابع. أما ما تم الاحتفاظ به من الأسلاف فهو إمكانية تكوين ثلاثة أصابع".

من ناحية أخرى، قالت بيث شابيرو، أستاذة علم البيئة وعلم الأحياء التطوري في جامعة كاليفورنيا في سانتا كروز، إنها تجد أن المصطلح وسيلة رائعة لإشراك المزيد من الناس في مفهوم التطور.

"إنه ببساطة طريقة تتمحور حول الإنسان وليس طريقة علمية بحتة للتحدث عنه. فالتطور ليس اتجاهيًا؛ إنه عشوائي"، قالت شابيرو في رسالة بالبريد الإلكتروني. "مع مرور الوقت يستمر التطور وأحيانًا يعني ذلك أن المتغيرات الجينية التي لم تعد شائعة أصبحت شائعة مرة أخرى. لكنه مجرد تطور."

وفي حين أن المفهوم القائل بأن التطور "يمكن أن يسير في أي اتجاه" ليس مقبولاً بسهولة من قبل بعض العلماء، إلا أن جوزوياك قال إنه لا يزال موضوعاً مهماً يستحق المزيد من الدراسة.

وأضاف: "لطالما كان التطور دائمًا نوعًا ما مفروضًا بسبب الظروف البيئية والمنافسة". "سيكون من الجيد أن نظهر أن السمات التي كانت لدى الأنواع في الماضي كانت مثالية، وإذا تغيرت هذه الظروف الآن، يمكننا العودة إلى تلك السمة التي كانت لدينا، أو لدى الأنواع الأخرى."