“اسمع ، إذا كان هناك شيء واحد علمنا إياه تاريخ التطور أنه لن يتم احتواء الحياة. الحياة تتحرر. تتوسع إلى مناطق جديدة ، وتتحطم عبر الحواجز بشكل مؤلم ، وربما بشكل خطير ، ولكن … الحياة تجد قال إيان مالكولم ، شخصية جيف جولدبلوم في جوراسيك بارك ، فيلم الخيال العلمي لعام 1993 عن حديقة بها ديناصورات حية.
لن تجد أي فيلوسيرابتور كامنًا حول مختبر عالم الأحياء التطوري جاي تي لينون. ومع ذلك ، وجد لينون ، الأستاذ في كلية الآداب والعلوم ، قسم الأحياء بجامعة إنديانا بلومنجتون ، وزملاؤه أن الحياة تجد طريقًا بالفعل. كان فريق بحث لينون يدرس خلية صغيرة مركبة صناعياً تم تجريدها من جميع الجينات باستثناء الجينات الأساسية. وجد الفريق أن الخلية الانسيابية يمكن أن تتطور بنفس سرعة الخلية الطبيعية – مما يدل على قدرة الكائنات الحية على التكيف ، حتى مع وجود جينوم غير طبيعي يبدو أنه يوفر القليل من المرونة.
يقول لينون: “يبدو أن هناك شيئًا قويًا في الحياة”. “يمكننا تبسيطها إلى الأساسيات فقط ، لكن هذا لا يمنع التطور من الذهاب إلى العمل.”
في دراستهم ، استخدم فريق لينون الكائن الاصطناعي Mycoplasma mycoides JCVI-syn3B – وهو نسخة مصغرة من بكتيريا M. mycoides الموجودة عادة في أحشاء الماعز والحيوانات المماثلة. على مدى آلاف السنين ، فقدت البكتيريا الطفيلية بشكل طبيعي العديد من جيناتها أثناء تطورها للاعتماد على مضيفها في التغذية. اتخذ الباحثون في معهد J. Craig Venter في كاليفورنيا هذه الخطوة إلى الأمام. في عام 2016 ، أزالوا 45٪ من 901 جينًا من جينوم M. عند 493 جينًا ، يكون الحد الأدنى من جينوم M. mycoidesJCVI-syn3B هو أصغر كائن حي حر معروف. وبالمقارنة ، فإن العديد من الجينومات الحيوانية والنباتية تحتوي على أكثر من 20 ألف جين.
من حيث المبدأ ، لن يكون لأبسط كائن حي زيادات وظيفية ولا يمتلك سوى الحد الأدنى من عدد الجينات الضرورية للحياة. يمكن لأي طفرة في مثل هذا الكائن الحي أن تعطل بشكل مميت واحدة أو أكثر من الوظائف الخلوية ، مما يضع قيودًا على التطور. الكائنات الحية ذات الجينوم المبسط لها أهداف أقل يمكن أن يعمل عليها الاختيار الإيجابي ، مما يحد من فرص التكيف.
على الرغم من أن M. mycoides JCVI-syn3B يمكن أن ينمو وينقسم في ظروف معملية ، أراد لينون وزملاؤه معرفة كيف تستجيب خلية صغيرة لقوى التطور بمرور الوقت ، لا سيما بالنظر إلى المواد الخام المحدودة التي يمكن أن يعمل عليها الانتقاء الطبيعي أيضًا. المدخلات غير المعهودة للطفرات الجديدة.
يقول لينون في إشارة إلى M. mycoides JCVI-syn3B : “كل جين في جينومه ضروري” . “يمكن للمرء أن يفترض أنه لا يوجد مجال للمناورة للطفرات ، والتي يمكن أن تحد من قدرتها على التطور.”
أثبت الباحثون أن M. mycoides JCVI-syn3B ، في الواقع ، لديها معدل تحور مرتفع بشكل استثنائي. ثم قاموا بتطويرها في المختبر حيث سُمح لها بالتطور بحرية لمدة 300 يوم ، أي ما يعادل 2000 جيل بكتيري أو حوالي 40 ألف عام من التطور البشري.
كانت الخطوة التالية هي إجراء تجارب لتحديد كيفية أداء الحد الأدنى من الخلايا التي تطورت لمدة 300 يوم مقارنةً بسلالة M. . في اختبارات المقارنة ، وضع الباحثون كميات متساوية من السلالات التي يتم تقييمها معًا في أنبوب اختبار. أصبحت السلالة الأكثر ملاءمة لبيئتها هي السلالة الأكثر شيوعًا.
ووجدوا أن النسخة غير البسيطة من البكتيريا تفوقت بسهولة على النسخة الدنيا غير المطورة. ومع ذلك ، فإن الحد الأدنى من البكتيريا التي تطورت لمدة 300 يوم كان أداءها أفضل بكثير ، حيث استعادت بشكل فعال كل اللياقة التي فقدتها بسبب تبسيط الجينوم. حدد الباحثون الجينات الأكثر تغيرًا خلال التطور. شاركت بعض هذه الجينات في بناء سطح الخلية ، بينما ظلت وظائف العديد من الجينات الأخرى غير معروفة.
إن فهم كيفية تغلب الكائنات الحية ذات الجينوم المبسط على التحديات التطورية له آثار مهمة على المشكلات طويلة الأمد في علم الأحياء – بما في ذلك علاج مسببات الأمراض السريرية ، واستمرار التعايش الداخلي المرتبط بالمضيف ، وصقل الكائنات الحية الدقيقة المهندسة ، وأصل الحياة نفسها. يوضح البحث الذي أجراه لينون وفريقه قوة الانتقاء الطبيعي لتحسين اللياقة بسرعة في أبسط كائن مستقل ذاتيًا ، مع ما يترتب على ذلك من آثار على تطور التعقيد الخلوي. بعبارة أخرى ، يُظهر أن الحياة تجد طريقًا لها.
