یک DNA اضافی ممکن است باعث وجود ماهی دورگه شود

منتشرشده در QuantaMagazine به تاریخ ۵ آگوست ۲۰۲۰
لینک مقاله اصلی: Extra DNA May Make Unlikely Hybrid Fish Possible

مادران آن‌ها ماهی‌های خاویار روسی بودند-گوشتخواران بزرگی با شکم‌های کرم رنگ، پوزه‌های کوتاه و گرد و فلس‌های سبز اژدها مانند. پدران آن‌ها، پره‌ماهی‌های آمریکایی با پوست صاف و با پوزه‌های حساس و کشیده بودند. «Sturddlefish»، که بخاطر محققانی در مجارستان که به تازگی ایجاد آن‌ها را اعلام کرده‌اند، به این نام معروف شده‌اند، به طرز شوک آوری فراتر از نژادهای دورگه کلاسیک مانند قاطر و تمساحی می‌روند که گونه‌های والدین آن‌ها در درخت زندگی کنار هم قرار می‌گیرند. Sturddlefish از ادغام خانواده‌های مختلف رده‌بندی ناشی می‌شود.

پروسانتا چاکرابارتی، متخصص ماهی شناسی در دانشگاه ایالتی لوئیزیانا و متصدی ماهی در موزه علوم طبیعی می‌گوید: «من هنوز گیج هستم.  فک من هنوز بر روی زمین است. مثل این می‌ماند که یک گاو و یک زرافه بچه‌دار شوند» سپس به سرعت خودش را اصلاح کرد، زیرا دودمان‌های آن دو نشخوارکنندگان تنها چند میلیون سال پیش از هم جدا شده‌اند. مسیرهای تکاملی پره‌ماهی‌ و خاویار، ۱۸۴ میلیون سال پیش از هم جدا شدند. او گفت که این ماهی‌ها بیشتر شبیه این هستند که «یک انسان از تخم یک پلاتیپوس بیرون بیاید».

نژادهای دورگه اغلب به عنوان نقض عجیب و غریب قوانین که گونه‌ها را متمایز نگه می‌دارد، نادیده گرفته می‌شوند. اما علاقه علمی به آن‌ها با شواهد رو به افزایشی رشد کرده‌است که در دورگه‌های طبیعی می‌تواند هم در ظهور گونه‌های جدید و هم در حفاظت از گونه‌های در آستانه انقراض مهم باشد.

از آنجا که sturddlefish جدید بسیار متفاوت است، آن‌ها درک دانشمندان را از این که چه نوع هیبریدهایی ممکن هستند و کدام گونه‌ها ممکن است به طور موفقیت آمیزی در پیوند با هم باشند، به لرزه در می‌آورند. همچنین مطالعات بر روی ماهی جدید می‌تواند به ارائه بینش‌های عمیق در مورد این که چگونه ژنوم به طور کلی کار می‌کند، منجر شود.

خاویار و تعیین جنسیت

ترکیب این خاویارها و پره‌ماهی غیر عمدی بود، اما دقیقا تصادفی نبود. در واقع، محققانی که ترتیب این کار را داده بودند روی این موضوع حساب می‌کردند که تلفیق نژادی شکست بخورد تا بتوانند چیزی در مورد چگونگی تعیین جنسیت در ماهیان خاویاری روسی بیاموزند.

در پستانداران و پرندگان، جنسیت نر و ماده معمولا توسط ژن‌های خاص جنسی بر روی کروموزوم‌های خاص جنسی تعیین می‌شود. اما در میان ماهی‌ها، هر چیزی گفته می‌شود: برخی از ماهی‌ها کروموزوم‌های جنسی دارند، در حالی که برخی دیگر نشانه‌های رشد جنسی را از محیط خود و یا تغییر جنسیت از یک جنس به جنس دیگر می‌گیرند. هیچ‌کس کاملا مطمئن نیست که ماهی‌های خاویاری چگونه این کار را انجام می‌دهند اما بسیاری مشتاق هستند که بدانند چرا که تخم‌های ماهی خاویار به عنوان خاویار بسیار باارزش هستند (برخی خاویارهای لوکس به قیمت بیش از ۱۸۰ دلار به ازای هر اونس فروخته می‌شود). اگر محققان بتوانند چگونگی پرورش ماهی خاویار روسی که عمدتا ماده هستند را کشف کنند، این مساله می‌تواند مشکل بزرگی را در رابطه با صید بیش از حد جمعیت وحشی کاهش دهد.

یکی از راه‌های تعیین جنسیت ماهیان خاویاری روسی ماده زایی است-نوعی از تولید مثل غیر جنسی که در آن یک تخم و یک ترکیب اسپرم وجود دارد، اما تنها ژن‌های مادر به جنین حاصل منتقل می‌شوند. کن سمنز، زیست‌شناس آبزی‌پروری در دانشگاه دولتی کنتاکی، توضیح داد: « شما می‌خواهید تخم‌ را فعال کنید، اما هیچ گونه کمک DNA از طرف مرد نمی‌خواهید.» گاهی اوقات ماده زایی به طور طبیعی در میان ماهی‌ها رخ می‌دهد، اما زیست شناسان دریایی و صنعت آبزی‌پروری از آن به عنوان ابزاری برای مطالعه تعیین جنسیت استفاده می‌کنند: تمام نوزادان در اصل نیمه همزاد مادر خود هستند، بنابراین اگر همه آن‌ها ماده باشند، شما می‌دانید که ماده‌ها-مثل پستانداران- با داشتن یک جفت کروموزوم جنسی یک‌سان تعیین می‌شوند. اگر فرزندان تمام نر باشند، پس ماده‌ها جنسیتی هستند که دو کروموزوم متفاوت دارند (که در پرندگان نیز چنین است). اگر تنها برخی از آن‌ها مرد باشند … پس در این صورت برخی از عوامل محیطی نیز در آن دخیل هستند.

سال گذشته در موسسه تحقیقاتی شیلات و پرورش آبزیان در مجارستان، مهندس آبزی‌پروری جنو کالدی به همراه متخصص اکولوژی ماهی آتیلا موزیسر، در حال آزمایش ماده زایی در ماهیان خاویاری روسی تحت هدایت میکلوس برچینی از دانشگاه پانونیا بود. برای این منظور، محققان مجارستانی به اسپرمی نیاز داشتند که احتمالا نمی‌توانست تخم‌های ماهی خاویار را بارور کند.

اسپرم ماهی والد مانند یک شرط امن به نظر می‌رسید. پره‌ماهی آمریکایی (پولیودون اسپاتولا)، که دیپلوئید هستند، ۶۰ جفت کروموزوم دارند، در حالی که ماهی خاویاری روسی (Acipenser gueldenstaedtii) ، که تتراپلویید هستند، چهار مجموعه در مجموع حدود ۲۵۰ کروموزوم دارند (تعداد کروموزوم‌ها بسیار زیاد و برخی آنقدر کوچک هستند که به سختی می توان آن‌ها را به حساب آورد). نزدیک به ۲۰۰ میلیون سال تکامل مستقل باید DNA دو گونه را با عدم تطابق ژنتیکی و عدم تطابق-از ژن‌های از دست رفته و اضافه‌شده، تا بازآرایی و جایگزینی ژن‌ها، تا پیچک‌های تغییر یافته برای بیان ژن-کاشته باشد. به نظر قطعی می‌رسید که سلول‌های ترکیبی تلاش خواهند کرد تا بفهمند چگونه کروموزوم‌های خود را در طول تقسیم سلولی ردیف کنند و چه ژن‌هایی را غیرفعال یا فعال کنند.

علاوه بر این، آبزی شناسان قبلا از اسپرم پره‌ماهی برای تحریک ماده زایی در دیگر گونه‌های ماهی خاویار و بالعکس استفاده کرده بودند و هیچ یک از این آزمایش‌ها تا به حال دورگه تولید نکرده بودند. تیم مجارستانی دلایل زیادی برای اطمینان از اینکه ماهیشان نمی‌تواند دورگه شود داشت.

اما هنگامی که کالدی و موزیسر تخم‌های ماهی خاویار روسی را به عنوان کنترل آزمایش خود در معرض اسپرم سالم پره‌ماهی قرار دادند، از دیدن این که اکثریت قریب به اتفاق تخم‌ها به نوزادان هیبرید زنده تفریخ شدند، شگفت‌زده شدند. برچینی به خاطر می‌آورد: «آن‌ها با من تماس گرفتند و به من گفتند که مشکلی وجود دارد، چون همه گروه کنترل زنده هستند. من گفتم« جنو، تو اشتباه بزرگی کردی.» لطفا آزمایش را تکرار کنید و کالدی هم این کار را کرد-اما نتیجه مشابه بود.»

موزیسر گفت: « ما هرگز نمی‌خواستیم با پیوند زدن بازی کنیم. این فقط یک کنترل منفی بود که راهی برای زندگی پیدا کرد.»

او گفت که در ابتدا، کالدی باور نداشت که بچه ماهیان دورگه باشند: چون آن‌ها مانند ماهی‌های خاویار معمولی به عنوان بچه بودند، ممکن بود از ماده زایی خود به خودی یا «توضیح منطقی‌تر» دیگری آمده باشند. اما تجزیه و تحلیل ژنومی توسط گیونگایر فاکسا، یکی از همکاران موسسه تحقیقات شیلات و پرورش آبزیان، و کواکس بالاز، متخصص ژنتیک آبزی در دانشگاه سنت ایستوان، تایید کرد که این تیم در واقع بیش از صد دورگه در حال رشد در مخزن‌هایشان دارد.

همانطور که تیم برچینی در مقاله جدیدشان در Genes توضیح داد، برخی از هیبریدها سه کپی از هر کروموزوم دارند، یک نیمه ژنوم از هر والد. اما هیبریدهای دیگر پنج کپی از هر کروموزوم دارند: آن‌ها به نحوی معادل ژنوم کامل مادر ماهی خاویاری خود به علاوه نصف ژنوم پدر پره‌ماهی را دریافت کردند. بدن sturddlefish ویژگی‌های هر دو والد را با هم ترکیب می‌کند اما آن‌هایی که DNA ماهی خاویار بیشتری دارند بیشتر شبیه مادرشان به نظر می‌رسند-به عنوان مثال، آن‌ها بیشتر از مقیاس‌های ویژه ماهی خاویار به نام اسکوت استفاده می‌کنند.

DNA اضافی ممکن است کافی باشد

چگونه این هیبریدهای به ظاهر غیرممکن می‌توانند وجود داشته باشند؟

حدس چاکرابارتی این است که پاسخ در نرخ نسبتا آهسته تکامل است که در این گروه از ماهی‌ها رخ می‌دهد. خانواده پولیودونتیده (پره‌ماهی) و خانواده Acipenseridae (خاویار) آخرین خانواده‌های زنده به ترتیب آسیپنسری فرم‌ها هستند و مطالعات نشان می‌دهد که هر دو خانواده نرخ جهش بسیار کندی دارند. با وجود قرن‌ها تکامل مستقل که آن‌ها را از هم جدا می‌کند، شاید ژنوم آن‌ها به اندازه کافی از هم جدا نشده باشد که از پیوند آن‌ها جلوگیری کند. اما این سوال را مطرح می‌کند که چرا تلاش‌های قبلی برای پیوند زدن بین ماهیان خاویاری و پره‌ماهی با شکست مواجه شد.

سمنز به سوی فرضیه متفاوتی گرایش دارد: که پیوند موفقیت‌آمیز مرتبط با ژنوم ماهی خاویار روسی است. ژنتیک‌دان‌ها فکر می‌کنند که اجداد ماهی‌های خاویاری دیپلوئید بودند تا زمانی که تمام کروموزوم‌های آن‌ها دو برابر شده و ماهی‌ها تتراپلویید شدند. اما تنها برخی گونه‌ها-از جمله ماهی‌های خاویاری روسی-کروموزوم‌های اضافی خود را حفظ کرده‌اند. در نتیجه، این احتمال وجود دارد که ژنوم ماهی خاویار روسی افزونگی‌ها و تغییرات کافی بر روی ژن‌ها داشته باشد تا به این هیبریدها کمک کند تا از عدم تطابق در DNA والدین خود جان سالم به در ببرند.

در دهه ۱۹۸۰، سمنز تلاش کرد تا sturddlefish را با ترکیب اسپرم ماهیان خاویاری با تخم‌های پره‌ماهی بسازد. از آنجایی که هر دوی این گونه‌های ماهی دیپلوئید محسوب می‌شوند، هیچ یک از آن‌ها DNA «اضافی» برای ارائه به عنوان یک قدرت تتراپلویید نداشتند. سمنز اندیشناک گفت: «شاید به همین دلیل بود که دورگه آن‌ها جواب داد و دورگه ما جواب نداد».

رسیدن به عمق این راز به ناچار چیزهای زیادی را در مورد نحوه کار موانع تولید مثل در سطح ژنتیکی، نه تنها در ماهی‌های اولیه بلکه در حیوانات دیگر آشکار خواهد کرد. برچینی گفت: «مطالعه این نوع هیبرید می‌تواند کمک زیادی به درک فرآیندهای تکاملی بکند و آن‌ها ابزارهای خوبی برای مطالعه عملکرد ژن‌ها ارائه می‌دهند». برای مثال، ماهیان خاویاری و پره‌ماهی هر دو دارای تعداد زیادی میکروکروموزوم بسیار کوچک هستند که به طور ضعیف درک می‌شوند. چاکرابارتی مشتاق است که ببیند sturddlefish می‌تواند به محققان در درک چگونگی عملکرد میکروکروموزوم ها کمک کند یا خیر.

تیم برچینی قصد ندارد بلافاصله sturddlefish دیگری را بسازد، اما با محققان در ژاپن و جاهای دیگر برای مطالعه آن‌ها هم‌کاری خواهد کرد. اگر این دورگه نسبت به ماهی والد خود سخت‌تر باشد، و یا اگر تعداد تخم‌های بیشتری تولید کند، احتمال اینکه کسی تعداد بیشتری از آن‌ها را بخواهد، بیشتر است.

برچینی هشدار داد که با این وجود، در حال حاضر مشخص نیست که آیا این آمیخته‌ها حتی تخم تولید خواهند کرد یا این که آیا این تخم‌ها زنده خواهند ماند. ایکتیولوژیست ها حتی نمی‌توانند پیش از دو سالگی، جنسیت این ماهی‌ها را از هم تشخیص دهند. با توجه به رشد کند هر دو گونه والد، برچینی می‌گوید که «حداقل سه سال» طول می‌کشد تا ماهی در آب‌گرم (۲۰ درجه سانتیگراد) پرورش یابد تا معلوم شود آیا بارور هستند یا خیر.

این متن با استفاده از ربات ترجمه مقاله علمی ترجمه شده و به صورت محدود مورد بازبینی انسانی قرار گرفته است.در نتیجه می‌تواند دارای برخی اشکالات ترجمه باشد.