Corallimorpharian genome supports the monophyly of Scleractinia and illuminates the cellular evolution of coral calcification
تستخدم هذه الدراسة جينومًا على مستوى الكروموسوم لمرجان الكوراليمورفيا من نوع *Ricordea yuma* لتأكيد وضعه كمجموعة شقيقة للمرجان الصلب، مما يكشف أن تكلس المرجان تطور من خلال ظهور حالة خلية "كاليبوبلاست" متخصصة وتجميع مجموعة أدوات التمعدن الحيوي من كل من الابتكارات الخاصة بالسلالة والجينات السلفية المستعارة.
البحث الأصلي مرخَّص بموجب CC BY 4.0 (https://creativecommons.org/licenses/by/4.0/). هذا شرح مولَّده بالذكاء الاصطناعي لبحث مسبق لم يخضع لمراجعة الأقران. وهو ليس نصيحة طبية. لا تتخذ أي قرارات تتعلق بصحتك بناءً على هذا المحتوى. اقرأ إخلاء المسؤولية الكامل
يعتبر قاع المحيط موطناً لبعض أكثر النظم البيئية حيوية وتعقيداً على وجه الأرض: الشعاب المرجانية. هذه المدن تحت المائية تبنيها المرجانيات الحجرية، وهي حيوانات دقيقة تشيد هياكل صلبة ضخمة من كربونات الكالسيوم. هذه العملية، المعروفة باسم التكلس، تخلق الأساس الفيزيائي الذي يدعم تنوعاً هائلاً من الحياة البحرية. ومع ذلك، غالباً ما تقدم الطبيعة ألغازاً حيث تبدو مجموعتان من الحيوانات متطابقتين تقريباً ولكن سلوكهما مختلف تماماً. أحد هذه الألغاز يتعلق بالمرجانيات من رتبة "كوراليمورفيريان" (corallimorpharians)، والتي تُسمى غالباً "المرجانيات العارية" أو شقائق النعمان الفطرية. إنها تشترك في نفس شكل الجسم الأساسي والعديد من السمات البيولوجية مع المرجانيات الحجرية، لكنها تفتقر إلى أي هيكل صلب على الإطلاق. لعقود من الزمن، ناقش العلماء ما إذا كانت هذه المرجانيات العارية هي في الواقع مرجانيات حجرية فقدت أصدافها الصلبة بمرور الوقت، ربما كاستراتيجية للبقاء عندما أصبح المحيط شديد الحموضة، أم أنها فرع منفصل من شجرة العائلة لم يمتلك هياكل صلبة منذ البداية. إن حل هذا السؤال أمر بالغ الأهمية لأنه يغير فهمنا لتاريخ بناء الشعاب وكيف قد تستجيب هذه الحيوانات لتغير المناخ اليوم.
ولحسم هذا الجدل، لجأ فريق من الباحثين إلى المخطط الأساسي للحياة: الجينوم. لقد ركزوا على نوع محدد من المرجان العاري يسمى Ricordea yuma، الموجود في مياه قبالة سواحل تايوان. ومن خلال تسلسل شفرتها الجينية الكاملة بمستوى عالٍ جداً من التفصيل، تمكن العلماء من النظر في البنية واسعة النطاق لكروموسوماتها. في هذه الدراسة، لم يعامل الباحثون الكروموسومات كمجرد حاويات للجينات، بل كوثائق تاريخية. فعلى مدى ملايين السنين، يمكن للكروموسومات أن تندمج معاً أو تتفكك بطرق فريدة لسلالات معينة. قارن الباحثون بنية الكروموسومات لمرجان Ricordea yuma مع مختلف أنواع المرجانيات الحجرية، وشقائق النعمان، والمرجان الأسود. واكتشفوا أن جميع المرجانيات الحجرية، بغض النظر عما إذا كانت تُصنف كأنواع "قوية" أو "معقدة"، تشترك في ثلاثة اندماجات كروموسومية محددة غائبة تماماً في المرجانيات العارية. توفر هذه النتيجة دليلاً قوياً ومستقلاً على أن المرجانيات الحجرية تشكل مجموعة عائلية واحدة موحدة. وهذا يعني أن المرجانيات العارية ليست مرجانيات حجرية فقدت هياكلها؛ بل هي الأقرب حيوياً للمجموعة بأكملها من المرجانيات البانية للهياكل، حيث تفرعت عنها قبل تطور أول هيكل صلب.
بعد توضيح شجرة العائلة، سأل الباحثون كيف ظهرت القدرة على بناء هيكل صلب. كانوا يعلمون أن المرجانيات الحجرية تستخدم نوعاً متخصصاً من خلايا الجلد، يسمى "كالسيبلاست" (calicoblast)، لإفراز المعادن التي تشكل الهيكل. وتساءلوا عما إذا كانت المرجانيات العارية تمتلك نسخة خفية أو كامنة من هذا النوع من الخلايا، تنتظر إعادة التنشيط، أم أن هذا النوع من الخلايا كان اختراعاً جديداً كلياً فريداً للمرجانيات الحجرية. لمعرفة ذلك، أنشأ الفريق خرائط تفصيلية لنشاط الجينات في خلايا فردية من كل من المرجان العاري والمرجان الباني للهيكل، Galaxea fascicularis. ووجدوا أنه بينما تشترك الحيوانان في العديد من أنواع الخلايا الأساسية، فإن المرجان العاري يفتقر تماماً إلى البصمة الجينية المحددة لخلية "الكالسيبلاست". لقد طور المرجان الباني للهيكل حالة خلوية متميزة لم تكن موجودة لدى قريبه العاري. يشير هذا إلى أن القدرة على بناء شعاب مرجانية لم تكن حالة "تشغيل مفتاح قديم"، بل كانت تطور نوع جديد تماماً من الخلايا.
كما درست الدراسة الأدوات الجزيئية التي تستخدمها هذه الخلايا لبناء الهيكل. وجد الباحثون أن مجموعة أدوات صنع الهيكل هي مزيج من أجزاء قديمة وجديدة. فبعض الجينات التي تستخدمها المرجانيات الحجرية هي جينات قديمة، مشتركة مع المرجانيات العارية وشقائق النعمان الأخرى، وكانت تُستخدم على الأرجح لوظائف الجلد العامة أو إصلاح الأنسجة. ومع ذلك، حددت الدراسة مجموعة مهمة من الجينات الفريدة للمرجانيات الحجرية. هذه الجينات الجديدة، والتي تشمل بروتينات تساعد في نقل المعادن وتشكيل المصفوفة الهيكلية، يبدو أنها تطورت خصيصاً لدعم بناء الصدفة الصلبة. ومن خلال دراسة كيفية سلوك هذه الجينات عندما يصاب بوليب المرجان ويحتاج إلى الشفاء، لاحظ الفريق أن العديد من جينات بناء الهيكل تكون نشطة أثناء عمليات صيانة وإصلاح الأنسجة العادية، قبل وقت طويل من تشكل الهيكل. يشير هذا إلى أن تطور عملية بناء الشعاب تضمن توظيف الجينات الموجودة لأغراض جديدة وإضافة مجموعة من الجينات المتخصصة الجديدة لإنشاء نوع خلية مخصص.
أخيراً، وضع الباحثون هذه الأحداث التطورية على جدول زمني. ومن خلال مقارنة الاختلافات الجينية بين المجموعات ومعايرتها مع السجل الأحفوري، قدروا أن الانفصال بين المرجانيات العارية والمرجانيات الحجرية حدث قبل حوالي 388 مليون سنة. أما تطور الهيكل نفسه، وظهور مجموعة المرجانيات الحجرية، فقد حدث لاحقاً، حوالي 300 مليون سنة مضت. ويتزامن هذا التوقيت مع فترة في تاريخ الأرض تحولت فيها كيمياء المحيطات لتفضل تكوين "الأراغونيت" (aragonite)، وهو النوع المحدد من البلورات التي يتكون منها الهيكل المرجاني. تشير الأدلة إلى أن الهيكل لم يظهر فجأة استجابة لأزمة، بل ظهر تدريجياً مع تحسن ظروف المحيطات لتصبح أكثر ملاءمة لهذا النوع من التمعدن. وتخلص الدراسة إلى أن صعود الشعاب المرجانية كان تحولاً تطورياً رئيسياً مدفوعاً بالتطور المنسق لنوع خلية جديد ومجموعة أدوات جينية متخصصة، مما حول حيواناً ذا جسم ناعم إلى مهندس لأكثر النظم البيئية البحرية تنوعاً بيولوجياً في العالم.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.