ناهم‌زمانی در هم‌نوازی ژن‌ها
بچه‌هایی شبیه بالغ‌ها و بالغ‌هایی شبیه بچه‌ها
عرفان خسروي. ديرينه‌شناس
هفته پیش با نمونه‌هایی ساده و مشهور از ناهم‌زمانی (هتروکرونی) آشنا شدیم؛ فرایندی که هم با تکوین (رشد جنینی) سروکار دارد و هم با تکامل. به زبان ساده، ناهم‌زمانی یعنی تغییر تدریجی در زمان‌بندی و نرخ بیان ژن‌ها طی نسل‌های متمادی که به تغییرات تکاملی در ریخت‌شناسی موجودات زنده منجر می‌شود؛ مثلا ژن خاصی مسئول ساخت پروتئینی است که این پروتئین آغازگر و القاکننده رشد شاخ در گونه‌ای کرگدن است. مقایسه میان گونه‌های مختلف کرگدن نشان می‌دهد توالی آمینواسیدهای سازنده این پروتئین در گونه‌های مختلف کرگدن مشابه یا تا حدودی محافظه‌کارانه ثابت است؛ اما چرا در برخی گونه‌ها شاخ بلندتر از بقیه می‌شود؟ تفاوت میان گونه‌ها ارتباطی به توالی و ساختار پروتئین القاکننده رشد شاخ ندارد، بلکه به زمان‌بندی ساخت این پروتئین بستگی دارد. در گونه‌هایی که شاخ بزرگ‌تری دارند، زمان‌بندی یا نرخ ساخته‌‌شدن و ترشح این پروتئین بیشتر است؛ یعنی از گونه‌ای اجدادی که احتمالا شاخ کوتاه‌تری داشته یا اصلا شاخ نداشته، به تدریج نرخ بیان این پروتئین بیشتر شده و در نتیجه شاخ هم به تدریج بلندتر شده است. مثال شاخ کرگدن جزء نمودهایی از ناهم‌زمانی است که در آن
صفتی مرتبط با بلوغ جانور به مرور تشدید و مؤکدتر شده است. در مقابل ممکن است از گونه‌ای کرگدن شاخ‌دراز، گونه‌ای دیگر تکامل یابد که شاخ کوتاهی دارد یا کلا شاخ ندارد. در این مورد نرخ ساخت پروتئین القاگر شاخ به مرور کمتر یا متوقف شده است؛ بنابراین صفت موردنظر (شاخ) به مرور طی تکامل کم‌رنگ یا حذف شده است. به نمونه‌هایی از هتروکرونی که طی تکامل گونه‌ای با صفات برجسته‌تر نسبت به نیاکان قبلی تکامل می‌یابد، پیرشکلی (Peramorphosis) می‌گوییم و به نمونه‌هایی که برعکس، صفات برجسته نیایی کم‌رنگ می‌شود و ظاهر جانور تازه‌تکامل‌یافته شبیه افراد نابالغ نیاکانش می‌شود، بچه‌شکلی
(Paedomorphosis) می‌گوییم.
معمولا صفات ثانویه جنسی از قبیل یال شیر نر، دم طاووس نر و شاخ بسیاری از جانوران مثل گوزن نر و کرگدن (نر و ماده) محصول فرایند پیرشکلی تکاملی است، زیرا در هر نسل، افرادی برتری نسبی داشته‌اند که صاحب صفات ثانویه برجسته‌تری بوده‌اند. بنابراین طی نسل‌های پی‌درپی، ژن‌های افرادی که این صفات را با نرخ بیشتری بیان کرده‌اند، تفوقی نسبی یافته و در نتیجه، این صفات برجسته‌تر شده‌اند. نمود خارجی این فرایند را می‌توان با بزرگ‌ترشدن شاخ گوزن‌های متأخر نسبت به نخستین گوزن‌هایی که در سنگواره‌ها دیده شده‌اند، سنجید. اما گاهی برخی صفات ثانویه جنسی باعث کاهش سازگاری نسبی در برخی جمعیت‌ها می‌شوند؛ مثلا گربه‌های وحشی در کودکی میومیو می‌کنند، ولی پس از بلوغ به‌جای میومیو شروع به غریدن می‌کنند. احتمالا نخستین گربه‌های وحشی که چندهزارسال پیش آموختند در کنار انسان‌ها زندگی کنند، چندان با آدمیان مهربان نبودند و اغلب پس از مدتی با نشان‌دادن چنگ‌ودندان به کشاورزانی که محبت (و موش‌گیری) آنها را می‌طلبیدند، بخت زندگی در کنار جوامع انسانی را از دست می‌دادند. در این میان برخی گربه‌ها که اندکی صفات ثانویه جنسی کم‌رنگ‌تری داشتند؛ یعنی کمتر
می‌غریدند و بیشتر مثل بچه‌گربه‌ها بازی می‌کردند، از اقبال بیشتری در کنار انسان‌ها بهره‌مند شدند. در نتیجه، انتخاب طبیعی که در محیط وحشی، گربه‌های خشن با چنگ‌ودندان تیزتر و غرش قوی‌تر را برمی‌گزیند، در محیط زندگی انسان‌ها به نفع گربه‌های ضعیف‌تر می‌چرخد و اکنون پس از چندهزارسال، با گربه‌هایی روبه‌رو هستیم که از هر جهت رفتار و حتی ظاهری شبیه بچه‌گربه‌های وحشی دارند یا حتی پوزه کوتاه‌تر و ظاهری بچه‌گربه‌مانند پیدا کرده‌اند. این نوع خاص از فرایند انتخاب طبیعی که تحت‌تأثیر گزینش‌های انسانی رخ می‌دهد، به‌اصطلاح انتخاب مصنوعی نامیده می‌شود. نام روندی تکاملی نیز که گربه‌ها برای مقبول‌شدن نزد انسان‌ها طی کرده‌اند، ناهم‌زمانی (هتروکرونی) از نوع بچه‌شکلی است. نمونه مشهور دیگر، انواعی از سمندرها هستند که تا آخر عمر مثل دوره لاروی در آب باقی می‌مانند و آبشش‌های شناگری خود را برای تنفس در آب حفظ می‌کنند. در این مورد ظاهر بچه‌مانند (حفظ آبشش‌های دوره لاروی حتی پس از بلوغ جنسی) نه به‌خاطر گزینش انسانی، بلکه به‌خاطر شرایط محیط زندگی این سمندرها تکامل یافته است. سمندرهایی که فرایند ناهم‌زمانی بچه‌شکلی را طی کرده‌اند،
سمندرهای غارزی هستند که جز محیط امن آب‌های داخل غار، محیط دیگری برای زندگی پس از بلوغ و جفت‌یابی و تولیدمثل ندارند؛ بنابراین باقی‌‌ماندن صفاتی از قبیل آبشش‌ها که معمولا مختص سمندرهای نابالغ است، به نفع آنهاست. با اندکی نگاه به طبیعت می‌توانیم نمونه‌های بسیاری از همین ناهم‌زمانی‌های تکاملی را در میان جانوران مختلف مشاهده کنیم.
هفته پیش با نمونه‌هایی ساده و مشهور از ناهم‌زمانی (هتروکرونی) آشنا شدیم؛ فرایندی که هم با تکوین (رشد جنینی) سروکار دارد و هم با تکامل. به زبان ساده، ناهم‌زمانی یعنی تغییر تدریجی در زمان‌بندی و نرخ بیان ژن‌ها طی نسل‌های متمادی که به تغییرات تکاملی در ریخت‌شناسی موجودات زنده منجر می‌شود؛ مثلا ژن خاصی مسئول ساخت پروتئینی است که این پروتئین آغازگر و القاکننده رشد شاخ در گونه‌ای کرگدن است. مقایسه میان گونه‌های مختلف کرگدن نشان می‌دهد توالی آمینواسیدهای سازنده این پروتئین در گونه‌های مختلف کرگدن مشابه یا تا حدودی محافظه‌کارانه ثابت است؛ اما چرا در برخی گونه‌ها شاخ بلندتر از بقیه می‌شود؟ تفاوت میان گونه‌ها ارتباطی به توالی و ساختار پروتئین القاکننده رشد شاخ ندارد، بلکه به زمان‌بندی ساخت این پروتئین بستگی دارد. در گونه‌هایی که شاخ بزرگ‌تری دارند، زمان‌بندی یا نرخ ساخته‌‌شدن و ترشح این پروتئین بیشتر است؛ یعنی از گونه‌ای اجدادی که احتمالا شاخ کوتاه‌تری داشته یا اصلا شاخ نداشته، به تدریج نرخ بیان این پروتئین بیشتر شده و در نتیجه شاخ هم به تدریج بلندتر شده است. مثال شاخ کرگدن جزء نمودهایی از ناهم‌زمانی است که در آن
صفتی مرتبط با بلوغ جانور به مرور تشدید و مؤکدتر شده است. در مقابل ممکن است از گونه‌ای کرگدن شاخ‌دراز، گونه‌ای دیگر تکامل یابد که شاخ کوتاهی دارد یا کلا شاخ ندارد. در این مورد نرخ ساخت پروتئین القاگر شاخ به مرور کمتر یا متوقف شده است؛ بنابراین صفت موردنظر (شاخ) به مرور طی تکامل کم‌رنگ یا حذف شده است. به نمونه‌هایی از هتروکرونی که طی تکامل گونه‌ای با صفات برجسته‌تر نسبت به نیاکان قبلی تکامل می‌یابد، پیرشکلی (Peramorphosis) می‌گوییم و به نمونه‌هایی که برعکس، صفات برجسته نیایی کم‌رنگ می‌شود و ظاهر جانور تازه‌تکامل‌یافته شبیه افراد نابالغ نیاکانش می‌شود، بچه‌شکلی
(Paedomorphosis) می‌گوییم.
معمولا صفات ثانویه جنسی از قبیل یال شیر نر، دم طاووس نر و شاخ بسیاری از جانوران مثل گوزن نر و کرگدن (نر و ماده) محصول فرایند پیرشکلی تکاملی است، زیرا در هر نسل، افرادی برتری نسبی داشته‌اند که صاحب صفات ثانویه برجسته‌تری بوده‌اند. بنابراین طی نسل‌های پی‌درپی، ژن‌های افرادی که این صفات را با نرخ بیشتری بیان کرده‌اند، تفوقی نسبی یافته و در نتیجه، این صفات برجسته‌تر شده‌اند. نمود خارجی این فرایند را می‌توان با بزرگ‌ترشدن شاخ گوزن‌های متأخر نسبت به نخستین گوزن‌هایی که در سنگواره‌ها دیده شده‌اند، سنجید. اما گاهی برخی صفات ثانویه جنسی باعث کاهش سازگاری نسبی در برخی جمعیت‌ها می‌شوند؛ مثلا گربه‌های وحشی در کودکی میومیو می‌کنند، ولی پس از بلوغ به‌جای میومیو شروع به غریدن می‌کنند. احتمالا نخستین گربه‌های وحشی که چندهزارسال پیش آموختند در کنار انسان‌ها زندگی کنند، چندان با آدمیان مهربان نبودند و اغلب پس از مدتی با نشان‌دادن چنگ‌ودندان به کشاورزانی که محبت (و موش‌گیری) آنها را می‌طلبیدند، بخت زندگی در کنار جوامع انسانی را از دست می‌دادند. در این میان برخی گربه‌ها که اندکی صفات ثانویه جنسی کم‌رنگ‌تری داشتند؛ یعنی کمتر
می‌غریدند و بیشتر مثل بچه‌گربه‌ها بازی می‌کردند، از اقبال بیشتری در کنار انسان‌ها بهره‌مند شدند. در نتیجه، انتخاب طبیعی که در محیط وحشی، گربه‌های خشن با چنگ‌ودندان تیزتر و غرش قوی‌تر را برمی‌گزیند، در محیط زندگی انسان‌ها به نفع گربه‌های ضعیف‌تر می‌چرخد و اکنون پس از چندهزارسال، با گربه‌هایی روبه‌رو هستیم که از هر جهت رفتار و حتی ظاهری شبیه بچه‌گربه‌های وحشی دارند یا حتی پوزه کوتاه‌تر و ظاهری بچه‌گربه‌مانند پیدا کرده‌اند. این نوع خاص از فرایند انتخاب طبیعی که تحت‌تأثیر گزینش‌های انسانی رخ می‌دهد، به‌اصطلاح انتخاب مصنوعی نامیده می‌شود. نام روندی تکاملی نیز که گربه‌ها برای مقبول‌شدن نزد انسان‌ها طی کرده‌اند، ناهم‌زمانی (هتروکرونی) از نوع بچه‌شکلی است. نمونه مشهور دیگر، انواعی از سمندرها هستند که تا آخر عمر مثل دوره لاروی در آب باقی می‌مانند و آبشش‌های شناگری خود را برای تنفس در آب حفظ می‌کنند. در این مورد ظاهر بچه‌مانند (حفظ آبشش‌های دوره لاروی حتی پس از بلوغ جنسی) نه به‌خاطر گزینش انسانی، بلکه به‌خاطر شرایط محیط زندگی این سمندرها تکامل یافته است. سمندرهایی که فرایند ناهم‌زمانی بچه‌شکلی را طی کرده‌اند،
سمندرهای غارزی هستند که جز محیط امن آب‌های داخل غار، محیط دیگری برای زندگی پس از بلوغ و جفت‌یابی و تولیدمثل ندارند؛ بنابراین باقی‌‌ماندن صفاتی از قبیل آبشش‌ها که معمولا مختص سمندرهای نابالغ است، به نفع آنهاست. با اندکی نگاه به طبیعت می‌توانیم نمونه‌های بسیاری از همین ناهم‌زمانی‌های تکاملی را در میان جانوران مختلف مشاهده کنیم.