“Who did you eat before I ate you?”: a metagenomic analysis of gut contents of the Arctic lamprey (Lethenteron camtschaticum) during its feeding phase (Gulf of Ob, Kara Sea)
استخدمت هذه الدراسة تسلسل الميتاجينوميات الشامل (shotgun metagenomic sequencing) لمحتويات أمعاء الجريث القطبي في خليج أوب لتحديد أسماك السمك الأبيض (Coregonus) كفريسة رئيسية لها، مما يبرهن على فائدة هذه الطريقة في توضيح الإيكولوجيا الغذائية الإقليمية مع تسليط الضوء على ضرورة وجود قواعد بيانات مرجعية منقحة ومحددة جغرافياً.
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
في المياه الباردة والمظلمة للمحيط المتجمد الشمالي، عاشت سمكة الجلكي (اللمبري)، وهي سمكة عديمة الفك، لمئات الملايين من السنين، حيث تنجو عبر الالتصاق بالأسماك الأخرى والتغذي على دمها ولحمها. وبينما تعد هذه الكائنات قديمة ومعروفة جيداً، فقد كافح العلماء لفترة طويلة لفهم ما تأكله بالضبط في مناطق محددة. فغالباً ما تفشل الطرق التقليدية للنظر داخل معدة الجلكي لأن الأنسجة الرخوة لفرائسها تُهضم بسرعة كبيرة بحيث لا تبقى عظام أو حراشف لتحديد الوجبة. ولحل هذه المعضلة، لجأ الباحثون إلى تقنية حديثة تسمى "الميتاجينوميات الشاملة" (shotgun metagenomics). فبدلاً من البحث عن بقايا مادية، تقرأ هذه الطريقة الشفرة الوراثية، أو الحمض النووي (DNA)، الموجود داخل محتويات الأمعاء. ومن خلال تسلسل كل قطعة من المادة الوراثية الموجودة، يمكن للعلماء تحديد نوع السمكة التي أُكلت، حتى لو تحولت الوجبة إلى عجينة سائلة. إن فهم هذه الأنظمة الغذائية أمر بالغ الأهمية لإدارة مجموعات الأسماك والحفاظ على توازن الشبكات الغذائية البحرية، خاصة في بيئة القطب الشمالي سريعة التغير.
في أغسطس 2018، جمع باحثون نوعين من الجلكي القطبي من خليج أوب، وهو مصب مائي ضخم في بحر كارا بروسيا. تم صيد هاتين السمكتين كجزء من مسح بحثي قياسي، وحُفظت محتويات أمعائهما بعناوة للتحليل. لم تكن المادة الموجودة بالداخل مجموعة من الأجزه المتميزة، بل كانت عجينة حمراء بنية شبه مهضومة، تتفق مع الدم وأنسجة العضلات المهشمة. وللكشف عن هوية آخر وجبات الجلكي، استخرج الفريق كل الحمض النووي من هذه العجينة وقام بتسلسله باستخدام طريقة قوية تقرأ الملايين من القطع الجينية في وقت واحد. وكان التحدي يكمن في أن الأمعاء كانت تحتوي على مزيج من الحمض النووي من الجلكي نفسه، والبكتيريا، والباحثين الذين تعاملوا مع العينات، وكل ذلك كان يجب تصفيته للكشف عن الإشارة الغذائية الحقيقية.
بعد إزالة الضجيج الجيني من البشر والبكتيريا والمضيف (الجلكي)، كشفت البيانات المتبقية عن صورة واضحة لما استهلكته هذه المفترسات. أظهر التحليل أن المصدر الغذائي الرئيسي للجلكي القطبي في هذه المنطقة هو سمك "الوايت فيش" (whitefish)، وهي مجموعة كبيرة من الأسماك تنتمي إلى جنس (Coregonus). في إحدى سمكتي الجلكي، شكل الحمض النووي لسمك الوايت فيش ما يقرب من ثلثي المادة الجينية للأسماك التي يمكن تحديدها، بينما شكل في الأخرى أكثر من أربعة أخماس. ويؤكد هذا الاكتشاف أنه في خليج أوب، تعمل هذه الجلكيات كمفترسات للأسماك الكبيرة والوفيرة بدلاً من كونها مجرد طفيليات على الأنواع الأصغر. كما رصدت الدراسة آثاراً لأسماك أخرى، بما في ذلك سمك "الستيكلباتك" ذي الأشواك التسعة، وسمك "الشار" القطبي، وأعضاء من عائلة القد، رغم أنها ظهرت بكميات أقل بكثير.
كان على الباحثين توخي الحذر في تفسير هذه النتائج لأن قواعد البيانات الجينية التي استخدموها لتحديد الأسماك لم تكن مثالية. احتوت البيانات الأولية على تطابقات جينية لأنواع أسماك لا تعيش في القطب الشمالي، مثل الأنواع الاستوائية الموجودة في الأمريكتين أو أفريقيا. وقد تم تحديد هذه كأخطاء ناتجة عن الفجوات في المكتبات المرجعية العلمية، والتي تنحاز بشدة نحو الأسماك المدروسة جيداً والمهمة اقتصادياً وتفتقر إلى بيانات كافية حول أنواع القطب الشمالي. ولتصحيح ذلك، طور الفريق نظاماً يزن النتائج الجينية مقابل ما هو معروف عن الأسماك التي تعيش بالفعل في خليج أوب. سمح هذا النهج لهم باستبعاد التطابقات الغريبة والمستحيلة بثقة والتركيز على الأنواع المحلية الموجودة فعلياً في أمعاء الجلكي.
يقف النظام الغذائي الذي وُجد في خليج أوب في تباين صارخ مع ما لوحظ في أجزاء أخرى من العالم. ففي بحر بيرينغ، على سبيل المثال، وُجد أن الجلكي القطبي يتغذى غالباً على الأسماك الصغيرة التي تسبح في أسراب مثل سمك "الكابلين" و"الهرينج". ومع ذلك، فإن الجلكي في القطب الشمالي الروسي يستهدف بوضوح أسماك "الوايت فيش" الكبيرة التي تهيمن على مياهه المحلية. يسلط هذا الاختلاف الضوء على مرونة عادات التغذية لدى الجلكي؛ فهي لا تلتزم بنوع واحد من الفرائس بل تتكيف مع أي أسماك كبيرة ومغذية متوفرة في بيئتها الخاصة. كما لاحظت الدراسة أن اثنتين من سمكات الجلكي التي فُحصت كان لهما أنظمة غذائية مختلفة قليلاً، حيث تناولت إحداهما خليطاً أكثر تنوعاً من الأسماك بينما تغذت الأخرى بشكل حصري تقريباً على سمك الوايت فيش. وهذا يشير إلى أن تاريخ التغذية الفردي والتوفر المحلي يلعبان دوراً كبيراً فيما يأكله كل جلكي.
بينما توفر الدراسة أول لمحة جزيئية لنظام غذاء الجلكي القطبي في القطب الشمالي الأوروبي، يقر المؤلفون بأن حجم العينة كان صغيراً جداً، حيث اقتصر على سمكتين فقط من موقع وزمن واحد. وهم يحذرون من أن هذا يعد نظرة استكشافية في الإيكولوجيا الغذائية للنوع وليس إحصاءً كاملاً لنظامها الغذائي. كما أن وجود بعض الحمض النووي للأسماك، مثل الحمض النووي لسمك "الستيكلباتك"، قد يكون نتيجة للاستهلاك الثانوي، مما يعني أن الجلكي ربما أكل سمكة أكلت مؤخراً سمكة "الستيكلباتك"، بدلاً من أكل الستيكلباتك مباشرة. ورغم هذه القيود، نجحت الدراسة في إثبات أن "الميتاجينوميات الشاملة" أداة قوية لدراسة أنظمة الحيوانات الغذائية حيث تفشل الطرق التقليدية. كما تؤكد الحاجة الملحة للعلماء لبناء مكتبات جينية أفضل وأكثر اكتمالاً لأنواع القطب الشمالي لضمان قدرة الدراسات المستقبلية على تحديد الفرائس بدقة أكبر.
غارق في أبحاث مجالك؟
تصلك نشرة يومية بأحدث الأبحاث المطابقة لكلماتك البحثية المفتاحية — مع ملخصات تقنية، بلغتك.