التعديل التطوري

📅 آخر تحديث: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٣ أغسطس ٢٠٢٦
الموسوعة الحرة

يُعدّ التعديل التطوري تفسيرًا لكيفية حدوث التطور في الطبيعة. فهو يُفسّر أن التطور يعمل كعاملٍ يُجرّب موادًا متنوعة، غير متأكد من النتيجة، ويستخدم كل ما هو متاح لصنع أشياء وظيفية قد لا تتضح فائدتها إلا لاحقًا. لا تخدم أي من المواد غرضًا محددًا في البداية، ويمكن استخدام كل منها بطرق متعددة. ووفقًا لمفهوم التعديل، "لا يُنتج التطور أشياء جديدة من العدم". [ 1 ] بل ينشأ من ارتباطات غير مسبوقة بين مواد قديمة لتعديل نظام قائم، ومنحه وظيفة جديدة، أو دمج أنظمة معًا لتعزيز وظائفها. [ 2 ] يُعدّ التحوّل من وحيد الخلية إلى متعدد الخلايا خلال التطور حدثًا من هذا القبيل، حيث طوّر الوظيفة الموجودة.

تستغرق عملية التعديل التطوري وقتاً طويلاً. فكما هو الحال مع المُعدّل الدقيق الذي يُحسّن إبداعاته باستمرار، ويُجري التعديلات، ويُهذّب ويُوسّع هنا وهناك، ويغتنم كل فرصة لتكييفها تدريجياً مع أغراضها المتطورة، فإن هذه العملية تحدث على مدى عصور لا حصر لها. [ 1 ]

في أغلب الأحيان، تكون السمات الموجودة في الطبيعة بالكاد كافية لبقاء الكائنات الحية . على سبيل المثال، يُعدّ إنزيم روبيسكو غير فعال بشكل كبير، على الرغم من أنه يحفز أحد أهم التفاعلات على كوكب الأرض: تثبيت الكربون . ويرجع ذلك على الأرجح إلى أن هذا الإنزيم نشأ في السلف المشترك لجميع البلاستيدات عندما كانت الظروف الجوية مختلفة تمامًا عما هي عليه اليوم. [ 3 ]

فرانسوا جاكوب

في مقالته الرائدة "التطور والتعديل" [ 1 ] ، قدّم فرانسوا جاكوب فكرة التعديل لأول مرة إلى جمهور واسع من العلماء، مستفيدًا من مجالات متنوعة كعلم الأحياء الجزيئي، وعلم الأحياء التطوري، وعلم الإنسان الثقافي. ويُعدّ مفهوم التعديل، أو بتعبير أدق، مفهوم التجميع ، إطارًا نظريًا لتحليل ظواهر مختلفة تتسم بعملية أساسية مشتركة: إعادة ترتيب العناصر الموجودة وإعادة تركيبها بشكل انتهازي. وقد فاز جاكوب ومونود بجائزة نوبل عام 1965 عن عملهما على أوبيرون اللاكتوز . [ 4 ]

الهندسة مقابل التعديل والتجريب

كثيراً ما يُشبه الانتخاب الطبيعي بعمل المهندس، إلا أن هذا التشبيه قاصر. [ 5 ] فعلى عكس المهندس الذي يعمل وفق تخطيط دقيق ورؤية واضحة للمنتج النهائي، يفتقر التطور إلى هذا القصد المتعمد. [ 6 ] إضافةً إلى ذلك، فبينما يمتلك المهندس مواد مختارة بعناية ومعدات متخصصة مصممة خصيصاً لمهامه، يعتمد التطور على الموارد المتاحة في بيئته.

علاوة على ذلك، تميل إبداعات المهندس إلى الاقتراب من مستوى الكمال الذي يمكن تحقيقه بالتكنولوجيا الحالية، بينما لا يسعى التطور إلى الكمال، بل يشبه المُصلِح. هذا المُصلِح، كالتطور، يفتقر إلى مخطط دقيق للنتيجة، ويستخدم بدلاً من ذلك أي مواد متاحة لصنع شيء عملي. فبينما يعتمد المهندس على مواد وأدوات محددة تناسب مشروعه بدقة، يكتفي المُصلِح بقطع وبقايا متنوعة. وتنبثق إبداعات المُصلِح من سلسلة من الأحداث العرضية، مُثريةً مهاراته مع كل تجربة.

يُجسّد تطور الرئتين لدى الفقاريات البرية عمليةً أشبه بالتجريب منها بالهندسة المُتعمّدة. فقد نشأت هذه العملية لدى بعض أسماك المياه العذبة التي واجهت بيئاتٍ تفتقر إلى الأكسجين، ما دفعها إلى ابتلاع الهواء وامتصاص الأكسجين عبر جدران المريء. وبمرور الوقت، ساهم هذا السلوك في زيادة مساحة سطح المريء، مما أدى في النهاية إلى ظهور تراكيب شبيهة بالرئتين من خلال ظهور وتضخم رتوج المريء. [ 7 ]

يُعدّ الدماغ السمة التكيفية الرئيسية للإنسان، ومع ذلك لا يزال يكتنفه الغموض فيما يتعلق بوظيفته الدقيقة. وقد تطور الدماغ، شأنه شأن أجزاء الجسم الأخرى، عبر الانتقاء الطبيعي على مدى ملايين السنين، ليخدم في المقام الأول احتياجاتنا الإنجابية. إلا أن تطور الدماغ البشري كان أكثر تعقيدًا من التغيرات التطورية المباشرة، كتحول الساق إلى جناح. فقد تضمن إضافة تراكيب جديدة، ولا سيما القشرة المخية الحديثة ، إلى تراكيب أقدم. وأدى هذا التطور السريع إلى انقسام بين القشرة المخية الحديثة، المسؤولة عن الوظائف الفكرية، والتراكيب الأقدم، التي تتحكم في الأنشطة العاطفية والغريزية . وتفتقر هذه التراكيب الأقدم إلى القدرات التمييزية والرمزية التي تتمتع بها القشرة المخية الحديثة، وترتبط في المقام الأول بالعواطف. وعلى الرغم من هيمنة القشرة المخية الحديثة على العمليات الفكرية، فإن التراكيب الأقدم تحافظ على روابط قوية مع المراكز التلقائية، مما يضمن استمرار الوظائف الحيوية كالحصول على الغذاء والاستجابة للتهديدات. وتشبه هذه العملية التطورية، التي تتميز بظهور قشرة مخية حديثة مهيمنة إلى جانب استمرار الأنظمة الأقدم، عملية تعديل، حيث تُضاف عناصر جديدة إلى العناصر الموجودة دون استبدالها بالكامل. [ 8 ]

التطور عن طريق التلاعب الجزيئي

كان يعقوب مقتنعًا بأنه على الرغم من أن التحليل المورفولوجي يدعم مفهومه عن التجميع ، إلا أنه يمكن العثور على المزيد من الأدلة على التعديل على المستوى الجزيئي . [ 1 ] [ 9 ] يشير نموذج التعديل إلى أن جينات الكائنات الحية الأولى كانت قصيرة جدًا، وأن جميع الجينات اللاحقة تشكلت عن طريق تكرار هذه التسلسلات الأصلية ودمجها وإعادة ترتيبها. [ 9 ] [ 10 ] من الثابت أن تكرار الجينات قد أدى إلى قدر كبير من التنوع عبر التاريخ التطوري. [ 11 ] يمكن إيجاد مثال على التعديل الجزيئي في البروتينات النووية للميتوكوندريا ، والتي ينشأ بعضها من حقيقيات النوى ؛ في هذه الحالة، استخدمت الكائنة المُعدّلة أي أدوات كانت متاحة لها، بما في ذلك مواد من نطاق تصنيفي مختلف تمامًا . [ 12 ]

لفهم التعديل الجزيئي، من المهم استيعاب مفهوم نطاق البروتين ، وهو منطقة مميزة في البروتين ذات شكل محدد، تحدد وظيفته. [ 3 ] وقد استخدم البعض تشبيه مكعبات الليغو لشرح ذلك: إذ يمكن تفكيك النطاقات وإعادة تركيبها بطرق فريدة، مما يُغير شكل البروتين ووظيفته. [ 13 ] هناك العديد من الوسائل المختلفة التي يمكن من خلالها أن يؤدي التعديل إلى ابتكارات جزيئية وظاهرية ، وذلك أساسًا عن طريق تفكيك البروتينات وإعادة تركيبها في أنماط فريدة. وبشكل عام، تُضيف هذه العمليات إلى التعقيد التنظيمي للجينوم أو البروتينوم أو كليهما. [ 3 ]

تكرار الجينات الداخلي

توجد عدة أشكال لتضاعف الجينات. ينتج عن تضاعف الجين الكامل نسختان منه، بينما ينتج عن تضاعف الجين من النوع الثنائي جين واحد تضاعف طوله. يؤدي التضاعف الداخلي للجين إلى تكرار تسلسلات النيوكليوتيدات داخل الجين، ولا يتضاعف الجين بالكامل. [ 3 ] ولأن إضافة النيوكليوتيدات إلى التسلسل قد تؤثر على عملية التضفير، فقد تؤدي هذه العملية إلى تغيير هوية الإنترونات والإكسونات ؛ أو قد يحتفظ التسلسل بهويته الأصلية كإكسون أو إنترون، على التوالي. [ 3 ] إذا تضاعف إكسون يشفر نطاقًا واحدًا أو أكثر، فقد يؤدي ذلك مباشرةً إلى بروتين أكثر تعقيدًا عبر تراكم النطاقات. [ 3 ] [ 14 ] [ 15 ] وقد خضعت جينات حقيقيات النوى لتضاعف داخلي متكرر عبر التاريخ التطوري. [ 16 ] أحد الأمثلة على ذلك يظهر في مناطق ارتباط ثنائي النوكليوتيد في إنزيم غليسيرالدهيد 3-فوسفات ديهيدروجينيز وإنزيم نازع هيدروجين الكحول: فالنطاق المكرر قادر على الارتباط بجزيئات أكثر من النطاق غير المكرر. [ 3 ] مثال آخر هو جين الأوفوموكويد، وهو نتاج تكرارين داخليين. [ 3 ]

البروتينات الفسيفسائية

تُشفَّر البروتينات الفسيفسائية بواسطة جينات هجينة (أو جينات فسيفسائية). وتنتج هذه الجينات عن إعادة ترتيب النطاقات، والتي تتم عبر إعادة ترتيب الإكسونات ، أو اندماج الجينات، أو انشطارها. [ 3 ] وقد وُجد أن إعادة ترتيب النطاقات مسؤولة جزئيًا على الأقل عن بعض الصفات في الفقاريات الحديثة. [ 17 ] معظم النطاقات لها عدد قليل من الاستخدامات، بينما يُستخدم عدد قليل جدًا منها كعناصر بناء متكررة في البروتينات متعددة النطاقات. [ 3 ] لا ينشأ الابتكار الظاهري من إنشاء بروتينات جديدة فحسب، بل أيضًا من تغيير التعبير الجيني والتفاعلات بين البروتينات . [ 3 ] ومن الأمثلة على الحداثة المرتبطة بإعادة ترتيب النطاقات تعدد الخلايا. [ 3 ]

يُعد اندماج الجينات (إنشاء جين اندماجي عن طريق ضم جينين معًا) وانشطار الجينات أو تجزئتها، والذي ينتج عنه تقسيم جين واحد يحتوي على العديد من المجالات إلى عدة جينات أصغر، الآليتين الجزيئيتين الأخريين اللتين يمكن من خلالهما تكوين البروتينات الفسيفسائية. [ 3 ]

التضفير البديل

يُعدّ التضفير البديل آلية أخرى للتعديل الجزيئي قد تكون مسؤولة عن زيادة التنوع في البروتينات. [ 3 ] ومن أنواع التضفير البديل المميزة الجينات المتداخلة ، التي تُنتج بروتينات مُشفّرة بواسطة الإنترونات. [ 3 ] وقد اقتُرح أن بنى الجينات المتداخلة يُمكن الحفاظ عليها عبر عمليات محايدة [ 3 ] وفقًا لنظرية التطور المحايد .

التطور الجديد للجينات المشفرة للبروتين من الحمض النووي غير المشفر

يُعدّ نشأة الجينات الجديدة أمرًا نادرًا للغاية. المسار الأكثر ترجيحًا من الحمض النووي غير المشفر إلى جين مُشفّر للبروتين هو أن يصبح أولًا جينًا أوليًا ، على غرار تحوّل الجينات الوظيفية أولًا إلى جينات كاذبة قبل أن تصبح غير جينية تمامًا . [ 3 ] على الرغم من ندرتها الشديدة بحيث لا تُسهم بشكل ملحوظ في زيادة عدد البروتينات في سلالة معينة، إلا أن نموذج التعديل يفترض أن إضافة عدد قليل من وحدات الليغو إلى المجموعة يُتيح العديد من التركيبات الجديدة الممكنة للمجالات، أي بروتينات ذات أشكال ووظائف جديدة. [ 3 ]

تحويل الإنترونات إلى إكسونات وتحويل الإكسونات إلى إكسونات زائفة

يُعدّ تحويل الإنترون إلى إكسون ظاهرة نادرة جدًا. [ 3 ] أما في حالة تحويل الإكسون إلى إكسون زائف، فيصبح الإكسون غير وظيفي، مما يُغيّر بدوره شكل ووظيفة البروتين. [ 3 ]

فقدان الجينات والجينات الكاذبة الوحدوية

عند زوال القيود الانتقائية ، يُمكن أن تُفقد الجينات عبر إحدى آليتين. الأولى هي حذف جين أحادي النسخة. [ 3 ] والثانية هي تعطيل وظيفة جين أحادي النسخة؛ مما يُنتج جينًا زائفًا أحاديًا ، لا يمتلك نظائر وظيفية، ويُشبه التراكيب التشريحية الأثرية ، وهو نادر الحدوث نظرًا لطبيعته الضارة في كثير من الأحيان. [ 3 ] في الحالات النادرة التي يُصبح فيها فقدان الجينات ثابتًا في مجموعة سكانية ، يصعب تحديد السبب بشكل قاطع.

مراجع

  1. 1 2 3 4 جاكوب، فرانسوا (1977). "التطور والتعديل" . مجلة ساينس . 196 (4295): 1161-1166 . Bibcode : 1977Sci...196.1161J . doi : 10.1126 /science.860134 . ISSN 0036-8075 . JSTOR 1744610. PMID 860134 .   
  2. ↑ سانجر، ماري برينا؛ ليفين، مارتن أ. (1992). "استخدام الأشياء القديمة بطرق جديدة: الابتكار كحالة من حالات التعديل التطوري" . مجلة تحليل السياسات والإدارة . 11 (1): 88-115 . doi : 10.2307/3325134 . ISSN 0276-8739 . JSTOR 3325134 .  
  3. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 11 12 13 14 15 16 17 18 19 20 21 22 غراور ، دان (2016). "الفصل 8: التطور من خلال التعديل الجزيئي". التطور الجزيئي والجينومي . سندرلاند، ماساتشوستس: سيناور أسوشيتس، ص 339-390 . ISBN  978-1-60535-469-9.
  4. ↑ مورانج، ميشيل (23 مايو 2013). "فرانسوا جاكوب (1920-2013)" . مجلة نيتشر . 497 (7450): 440. Bibcode : 2013Natur.497..440M . doi : 10.1038/497440a . ISSN 0028-0836 . PMID 23698437 .  
  5. ↑ داروين، تشارلز (1900). أصل الأنواع / تشارلز داروين . نيويورك، بوسطن: شركة إتش إم كالدويل. doi : 10.5962/bhl.title.959 .
  6. ↑ دي لورينزو، فيكتور (ديسمبر 2018). "التعديل التطوري مقابل الهندسة العقلانية في عصر البيولوجيا التركيبية" . علوم الحياة والمجتمع والسياسة . 14 (1): 18. doi : 10.1186 / s40504-018-0086-x . ISSN 2195-7819 . PMC 6087506. PMID 30099657 .   
  7. ^ كوبيلو، كاميلا. هيراساوا، تاتسويا؛ تاتسومي، نوريفومي؛ يابوموتو، يوشيتاكا؛ جيريو، بيير. إيسوجاي، سوميو؛ ماتسوموتو، ريوكو؛ سارواتاري، توشيرو؛ كينغ، أندرو؛ هوشينو، ماساتو؛ أوسوجي، كينتارو؛ أوكابي، ماساتاكا؛ بريتو ، باولو م (2022/07/26). كوراكو، شيغيرو؛ برونر ، ماريان إي ؛ جراهام، أنتوني؛ لونج ، جون أ (محرران). "تطور الرئة في الفقاريات والانتقال من الماء إلى الأرض" . الحياة الإلكترونية . 11ه 77156. دوى : 10.7554/eLife.77156 . ISSN 2050-084X . بمك 9323002 . بميد 35880746 .   
  8. ↑ ماكلين، بول د. (نوفمبر 1949). "الأمراض النفسية الجسدية و"الدماغ الحشوي"الطب النفسي الجسدي . 11 ( 6): 338-353 . doi : 10.1097/00006842-194911000-00003 . ISSN 0033-3174 . PMID 15410445 .  
  9. 1 2 ماركس، جون (ديسمبر 2020). "فرانسوا جاكوب: التجميع والإمكانية" . دراسات نوتنغهام الفرنسية . 59 (3): 333-349 . doi : 10.3366/nfs.2020.0294 . ISSN 0029-4586 . 
  10. ↑ غرونبرغ-ماناغو، ماريان؛ كلارك، برايان إف سي؛ زاخاو، هانز جي، محرران. (1989). التعديل التطوري في التعبير الجيني . doi : 10.1007/978-1-4684-5664-6 . ISBN 978-1-4684-5666-0.
  11. ↑ غراور، دان (2016). "الفصل 7: التطور عن طريق تضاعف الحمض النووي". التطور الجزيئي والجينومي . سندرلاند، ماساتشوستس: سيناور أسوشيتس، ص 273-338 . ISBN  978-1-60535-469-9.
  12. ↑ كوتشي، مارتن؛ بوتو، رونالد أ. (1 ديسمبر 2007). "التعديلات التطورية على النيوكليوتيدات الميتوكوندرية" . اتجاهات في بيولوجيا الخلية . 17 (12): 586-592 . doi : 10.1016/j.tcb.2007.08.007 . PMID 17981466 . 
  13. ↑ داس، سوديشنا؛ سميث، تمبل ف (2000-01-01)، "تحديد مجموعة ليغو البروتين الطبيعية" ، التقدم في كيمياء البروتين ، تحليل تسلسل الأحماض الأمينية، المجلد 54، دار النشر الأكاديمية، الصفحات 159-183 ، doi : 10.1016/S0065-3233(00)54006-6 ، ISBN   978-0-12-034254-9PMID 10829228 ، تم الاطلاع عليه بتاريخ 2024-05-08 
  14. ↑ كونين، يوجين ف؛ أرافيند، ل؛ كوندراشوف، أليكسي س (9 يونيو 2000). "تأثير علم الجينوم المقارن على فهمنا للتطور" . مجلة الخلية . 101 (6): 573-576 . doi : 10.1016/S0092-8674(00)80867-3 . PMID 10892642 . 
  15. ↑ كوهين-جيهون، إنبار؛ شاران، روديد؛ نوسينوف، روث (2011-06-01). "عمليات تطور البروتينات الفطرية واكتساب الوظيفة: تضاعف الجينات وإعادة ترتيب النطاقات" . علم الأحياء الفيزيائي . 8 (3) 035009. Bibcode : 2011PhBio...8c5009C . doi : 10.1088/1478-3975/8/3/035009 . ISSN 1478-3975 . PMC 3140765. PMID 21572172 .   
  16. ↑ ليتونيك، آي. (15 يونيو 2002). "تكرار الإكسون الشائع في الحيوانات ودوره في التضفير البديل" . علم الوراثة الجزيئية البشرية . 11 (13): 1561-1567 . doi : 10.1093/hmg/11.13.1561 . PMID 12045209 . 
  17. ^ كاواشيما، تاكيشي. كاواشيما، شويتشي؛ تاناكا، تشيساكي؛ موراي، ميهو؛ يونيدا، ماساهيكو؛ بوتنام، نيكولاس ه. روكسار، دانيال س.؛ كانيهيسا، مينورو؛ ساتوه، نوري؛ وادا هيروشي (14 مايو 2009). "خلط المجال وتطور الفقاريات" . أبحاث الجينوم . 19 (8): 1393–1403 . دوى : 10.1101 / gr.087072.108 . ردمك 1088-9051 . بمك 2720177 . بميد 19443856 .