کشف اتفاقی فسیل زنده/ راز بقای این موجود ۶۶ میلیون ساله چیست؟

در سال ۱۹۹۴ گروهی از گردشگران پارک ملی وولمی در ۱۰۰ کیلومتری غرب سیدنی، استرالیا، گروهی از درختان عجیب و غریب را کشف کردند که در دره رشد کرده بودند. یکی از گردشگران به راهنمای طبیعت‌شناسی پارک اطلاع داد و سپس نمونه‌ی برگ این درختان به متخصص گیاه‌شناسی نشان داده شد. در نهایت مشخص شد که این درختان متعلق به گونه‌ای باستانی هستند که از دوران زندگی دایناسورها در زمین هیچ تغییری نکرده‌اند.

درخت کاج وولمیا (Wollemia nobilis) که برخی آن را «فسیل زنده» می‌دانند، تقریباً مشابه باقی آثار کشف شده از دوره‌ی کرتاسه (۱۴۵ تا ۶۶ میلیون سال پیش) است. اکنون فقط ۶۰ نمونه از این درخت در طبیعت وجود دارد و زندگی این بازماندگان سرسخت به شدت در معرض خطر آتش‌سوزی‌های جنگلی منطقه است. تصور می‌شد که این گونه حدود دو میلیون سال پیش منقرض شده باشد؛ البته تا زمانی که دوباره در طبیعت دیده شد.

اکنون دانشمندانی از استرالیا، ایالات متحده و ایتالیا، با هدف روشن‌سازی مسیر تکامل منحصربه‌فرد، قابلیت تکثیر، و تلاش برای حفاظت از گونه، ژنوم کاج وولمیا را رمزگشایی کرده‌اند. نتایج مطالعه ۲۴ اوت به صورت نسخه‌ی پیش‌انتشار منتشر شد و هنوز مورد داوری همتا قرار نگرفته است.

کاج وولمیا دارای ۲۶ کروموزوم و ۱۲٫۲ میلیارد جفت‌باز است. در مقایسه، انسان فقط حدود سه میلیارد جفت‌باز دارد. با وجود اندازه‌ی ژنوم‌ها، تنوع ژنتیکی کاج‌های وولمیا بسیار کم است. این مسئله وجود یک تنگنا یا کاهش چشمگیر جمعیت گونه را در حدود ۱۰ هزار تا ۲۶ هزار سال پیش نشان می‌دهد.

گیاهان درواقع مواد ژنتیکی چندانی را مبادله نمی‌کنند و به نظر می‌رسد که درختان باقیمانده عمدتاً به‌وسیله‌ی تولیدمثل خود از طریق شاخه‌زاد کردن تکثیر می‌شوند؛ بدین معنی که ریشه‌جوش‌ها (جوانه‌هایی بر روی ریشه‌های سالم درخت) از تنه بیرون می‌آیند و به درختان جدیدی تبدیل می‌شوند.

نادر بودن کاج وولمیا ممکن است تا حدودی ناشی از تعداد بالای «ژن‌های پرشی» یا بخش‌هایی از دی‌ان‌ای باشد که می‌توانند در جهت‌های مختلفی از ژنوم جابه‌جا شوند و موقعیت خودشان را در آن تغییر دهند. همچنین این عنصر ژنتیکی اندازه‌ی ژنوم را توجیه می‌کند.

وقتی ژن‌های پرشی به مکان‌های جدید جابه‌جا می‌شوند، توالی «حروف» را در دی‌ان‌ای تغییر می‌دهند و در نتیجه باعث ایجاد یا معکوس‌شدن جهش‌ها در ژن می‌شوند. حتی ممکن است دی‌ان‌ای عملکردی را با خود حمل کنند یا دی‌ان‌ای را در محل ورود یک توالی جدید تغییر دهند و بنابراین، تأثیر قابل‌توجهی بر روند تکامل یک موجود زنده داشته باشند.

به گفته‌ی محققان، ژن‌های پرشی با القای جهش‌های خطرناک ممکن است کاهش جمعیت ناشی از تغییرات اقلیمی و عوامل دیگر را سرعت بخشیده باشند. ممکن است این شرایط استرس‌زا گیاه را به سمت تولیدمثل غیرجنسی سوق داده باشد. افزایش ژن‌های پرشی با تولیدمثل جنسی مرتبط است، بنابراین تغییر در تولیدمثل غیرجنسی باعث کاهش جهش‌های مخرب آن‌ها می‌شود.

از سوی دیگر، در حالی که درختان هنوز به تولیدمثل جنسی متکی بودند، ممکن است ژن‌های پرشی تنوع ژنتیکی را افزایش داده باشند و بنابراین، حداقل به طور موقت گونه را در برابر شرایط متغیر انعطاف‌پذیرتر کرده باشند.

همچنین رمزگشایی ژنوم نشان داد که چرا کاج وولمیا آسیب‌پذیر و مستعد بیمار شدن (به ویژه پوسیدگی ریشه، کپک بیماری‌زا در آب که باعث مرگش می‌شود) است. ژن‌های مقاوم به بیماری در درخت توسط نوعی از آران‌ای (اسید ریبونوکلئیک) خود درخت که وابسته به رشد برگ‌های پهن‌تر است، سرکوب می‌شود. برخلاف بیشتر مخروطیان، کاج وولمیا برگ‌های سوزنی پهنی دارد.

بنابراین، ممکن است تکامل برگ‌های پهن‌تر منجر به سرکوب مقاومت در برابر بیماری‌ها شود و گونه‌ را در معرض تهدید عوامل بیماری‌زا قرار داده باشد؛ حتی ممکن است به‌طور ناخواسته توسط گردشگرانی که به‌طور غیرمجاز از منطقه‌ی حفاظت‌شده بازدید کرده‌اند، گسترش یافته باشد. پوسیدگی ریشه در گیاهان زراعی بسیار رایج است.

درحالی‌که فقط چهار جمعیت کوچک از کاج وولمیا در طبیعت وجود دارد، این درختان به‌طور گسترده توسط باغ‌های گیاه‌شناسی و سایر موسساتی که درتلاش برای حفظ آن‌ها و مطالعه‌ی زیست‌شناسی منحصربه‌فردشان هستند، تکثیر شده‌اند. اتحادیه‌ی بین‌المللی حفاظت از طبیعت این گونه را در فهرست سرخ با عنوان «به شدت در معرض خطر انقراض» دسته‌بندی کرده است. بنابراین، بررسی ژنوم کاج وولمیا صرفاً از سر کنجکاوی مطالعاتی نیست؛ بلکه پیامدهای مهمی برای بقای گونه دارد.