Seascape genomics reveals shared spatial genetic structure in three co-occurring sea snakes

المحيط شاسع وغالبًا ما يظهر كفضاء أزرق واحد غير منقطع، ولكن تحت السطح، ينقسم الماء بواسطة خطوط غير مرئية تشكل حياة سكانه. بالنسبة للحيوانات البحرية، فإن القدرة على التنقل بين هذه المناطق تحدد كيفية نمو الجماعات، وكيفية تكيفها مع التغيير، وما إذا كان بإمكانها البات في مواجهة التحولات في بيئتها. يبحث العلماء الذين يدرسون التركيب الجيني لهذه الحيوانات عن أنماط في حمضها النووي لرسم خرائط لهذه الحدود الخفية. ومن خلال مقارنة الشفرة الوراثية للأفراد من مواقع مختلفة، يستطيع الباحثون رؤية مدى ترابط الجماعة، وما إذا كانت المجموعات قد انفصلت لفترة طويلة، وما إذا كانت بعض المناطق أكثر عزلة من غيرها. هذه المعلومات بالغة الأهمية للحفاظ على البيئة، لأن حماية نوع ما لا تتطلب معرفة مكان عيشه فحسب، بل تتطلب أيضًا معرفة كيفية ارتباط مجموعاته المختلفة ببعضها البعض. فإذا انقطعت جماعة ما عن غيرها، فقد تكافح للتعافي من الكوارث المحلية، بينما يمكن للمجموعات شديدة الترابط أن تتشارك التنوع الجيني الذي يساعدها على الصمود أمام التحديات المستقبلية.

في دراسة حديثة، وجه الباحثون اهتمامهم إلى ثلاثة أنواع من ثعابين البحر التي تتشارك المياه في شمال أستراليا وجنوب غرب المحيط الهادئ. وتعد هذه الزواحف فريدة من نوعها بين الثعابين لأنها بحرية بالكامل، حيث تلد صغارًا أحياء في المحيط ولا تحتاج أبدًا للعودة إلى اليابسة. ركز الفريق على أنواع Hydrophis stokesii و Hydrophis major و Aipysurus laevis، وهي من بين الأنواع الأكثر شيوعًا في المنطقة. وباستخدام تقنيات تسلسل جيني متقدمة، حلل العلماء الحمض النووي لمئات الأفراد الذين جُمعوا عبر امتداد ساحلي هائل، من الساحل الغربي لأستراليا وصولاً إلى كاليدونيا الجديدة. وكان هدفهم هو فهم كيفية حركة هذه الثعابين واختلاطها عبر المحيط، وتحديد المجموعات المتميزة جينيًا بما يكفي لإدارتها بشكل منفصل لأغراض الحماية.

كشفت الدراسة عن نمط واضح ومشترك من الانفصال عبر الأنواع الثلاثة. وُجد أن الانقسام الأكثر أهمية كان بين الثعابين التي تعيش في أستراليا وتلك التي تعيش في كاليدونيا الجديدة. وعلى الرغم من المسافة القصيرة نسبيًا عبر المحيط، كانت الاختلافات الجينية بين هاتين المجموعتين عميقة، مما يشير إلى أن المياه العميقة والتيارات القوية في بحر المرجان تعمل كحاجز هائل يمنع اختلاطهما. كما تم اكتشاف انقسام رئيسي ثانٍ داخل أستراليا نفسها، يفصل بين ثعابين الساحل الشمالي الغربي وثعابين شمال شرق خليج كاربنتاريا. ويتماشى هذا الانقسام مع حاجز أرضي تاريخي كان يربط ذات يوم بين أستراليا وغينيا الجديدة، ويبدو أنه أبقى هذه الجماعات متباعدة لفترة طويلة، حتى مع ارتفاع مستويات البحر واختفاء اليابسة. أما الانقسام الثالث، وهو الأكثر دقة، فقد وُجد بين الثعابين التي تعيش على الرصيف القاري بالقرب من الساحل وتلك التي تعيش على شعاب مرجانية معزولة بعيدًا في بحر تيمور. وتعد مجموعات الشعاب المرجانية البعلة هذه متميزة جينيًا عن أقاربها الساحليين، مما يشير إلى أنها معزولة لفترة زمنية طويلة.

وبينما كانت الأنماط العامة متشابهة عبر الأنواع الثلاثة، وجد الباحثون أيضًا اختلافات مهمة في كيفية حركة الثعابين على طول الامتداد المستمر للرصيف الشمالي الغربي لأستراليا. فعلى مسافة تبلغ حوالي 1,300 كيلومتر، تغيرت التركيبة الجينية للثعابين بشكل طفيف جدًا، مما يشير إلى أن الأفراد من خليج إكسماوث في الجنوب إلى كيمبرلي في الشمال يشكلون جماعة واحدة كبيرة ومترابطة جيدًا. ومن المرجح أن هذا المستوى العالي من الترابط مدفوع بتيارات المحيط التي تساعد الثعابين على السفر على طول الساحل. ومع ذلك، سلطت الدراسة الضوء أيضًا على أن ليست كل الأنواع تتحرك بنفس الطريقة؛ حيث تم رصد نمط ضعيف ولكنه مهم من "العزل بالمسافة" في نوع Aipysurus laevis، مما يشير إلى أنه بينما يربط المحيط بينها بشكل عام، فإن سمات محددة مثل النظام الغذائي وتفضيل الموائل يمكن أن تؤثر أيضًا على المسافة التي يقطعها الفرد.

كان أحد النتائج الأكثر إثارة للاهتمام يتعلق بمجتمع Aipysurus laevis في خليج شارك، الواقع على الحافة الجنوبية لنطاق انتشار الثعابين. هذه المجموعة معترف بها بالفعل كنوع فرعي فريد، وقد أكدت البيانات الجينية أنها متميزة عن الجماعات الموجودة في الشمال. ويبدو أن الحاجز الذي يفصل خليج شارك عن بقية الرصيف الشمالي الغربي هو تيار ليوين القوي، الذي يتدفق جنوبًا على طول الساحل ولكنه يميل إلى تجاوز مدخل الخليج. وهذا العزل يعني أنه إذا انخفض عدد مجتمع خليج شارك، فلن يتم تعويضه بسرعة من خلال الثعابين التي تنجرف من الشمال. وبالمثل، فإن المجموعات المعزولة في شعاب بحر تيمور، التي عانت من انخفاضات غامضة في العقود الأخيرة، لم تظهر أي علامات على اختلاط جيني حديث مع اليابسة. وهذا يشاف أن مجتمعات الشعاب المرجانية هذه لا يتم إنقاذها بوصول وافدين جدد من الساحل، مما يجعلها معرضة بشكل خاص للتغيرات البيئية أو الأنشطة البشرية مثل الصيد.

كما نظر الباحثون في تاريخ هذه الجماعات لفهم كيف تغيرت بمرور الوقت. وتشير البيانات إلى أن الأنواع الثلاثة شهدت فترة من النمو السكاني السريع خلال الـ 10,000 سنة الماضية، بالتزامن مع نهاية العصر الجليدي الأخير عندما أدت مستويات البحر المرتفعة إلى غمر الرصيف القاري وخلق موائل جديدة واسعة. وقد ساعد هذا التوسع في بناء الجماعات الكبيرة والمتنوعة جينيًا التي تُرى اليوم عبر الرصيف الشمالي الغربي. ومع ذلك، لاحظت الدراسة أيضًا أن جماعات كاليدونيا الجديدة تمتلك تنوعًا جينيًا أقل من نظيراتها الأسترالية، ويرجع ذلك على الأرجح إلى كونها أصغر حجمًا وأكثر عزلة. ورغم هذا التنوع المنخفض، لا تظهر الثعابين في كاليدونيا الجديدة علامات على زواج الأقارب الضار، مما يشير إلى أنها ظلت مستقرة بمرور الوقت.

توفر هذه النتائج خارطة طريق واضحة لحماية ثعابين البحر في المنطقة. تؤكد الدراسة أن السواحل الشمالية الغربية والشمالية الشرقية لأستراليا يجب أن تُدار كوحدات حفظ منفصلة، وكذلك الشعاب المرجانية البعلة في بحر تيمور ومياه كاليدونيا الجديدة. وضمن الرصيف الشمالي الغربي المترابط، يشير المستوى العالي من الاختلاط الجيني إلى أن حماية مساحات واسعة من الموائل ستفيد الجماعة بأكملها. ومع ذلك، فإن العزل المتميز لخليج شارك وشعاب بحر تيمور يعني أن هذه المناطق تحتاج إلى استراتيجيات إدارة محلية محددة لضمان بقائها. ومن خلال فهم الروابط الواسعة التي تربط هذه الثعابين عبر المحيط والحواجز المحددة التي تفصل بينها، يمكن لعلماء الحفظ تصميم مناطق محمية بحرية ولوائح صيد أفضل لحماية هذه الزواحف الفريدة في المستقبل.