تطور الحيتان من البر إلى البحر

تكبير / تطورت الحيتان وأقاربهم من الثدييات البرية ، وهو تحول أدى إلى تغيرات فسيولوجية ومورفولوجية كبيرة ، بدأ علماء الوراثة في تحليلها. هايز باكسلي / ناشيونال جيوغرافيك لديزني +

منذ حوالي 400 مليون سنة ، خطا أسلاف جميع الكائنات ذات الأطراف الأربعة خطواتهم الأولى على اليابسة. بعد حوالي 350 مليون سنة ، انقلب سليل هؤلاء الساكنين الأوائل: لقد عاد إلى الماء. بمرور الوقت ، أدت الكائنات التي عادت إلى البحر إلى ظهور حيوانات مختلفة تمامًا عن نظيراتها الأرضية: فقد أصبحت الحيتان الرائعة والدلافين وخنازير البحر التي تنزلق عبر المحيطات اليوم.

كانت العودة إلى الحياة المائية قرارًا جذريًا من شأنه أن يغير الحيوانات من الداخل والخارج ، في غضون حوالي 10 ملايين سنة - غمضة عين من الناحية التطورية. أعضاء هذه المجموعة ، التي تسمى الآن الحيتانيات ، تخلوا عن أطرافهم الخلفية من أجل المثقوبات القوية وفقدوا كل شعرهم تقريبًا. لعقود من الزمان ، حيرت خطط أجسادهم الغريبة علماء الأحافير ، الذين تكهنوا بأنهم ربما نشأوا من مخلوقات متنوعة مثل الزواحف البحرية ، والفقمة ، والجرابيات مثل الكنغر وحتى مجموعة منقرضة الآن من الحيوانات آكلة اللحوم. تشبه الذئاب.

كتب أحد العلماء في عام 1945: "تعد الحوتيات بشكل عام أكثر الثدييات غرابة وانحرافًا".

بعد ذلك ، في أواخر التسعينيات ، أكدت البيانات الجينية أن الحيتان كانت جزءًا من نفس الخط التطوري الذي ولد الأبقار والخنازير والإبل ، وهو فرع يسمى Artiodactyla. في وقت لاحق ، قامت الحفريات من الهند وباكستان الحديثة بتجسيد شجرة العائلة هذه ، وتحديد أقرب أقرباء الحيتانيات كمخلوقات صغيرة تشبه الغزلان.

لكن مخططات أجسادهم هي مجرد بداية لغرابة الحيتان. للبقاء على قيد الحياة في البحر ، كان عليهم أيضًا إجراء تعديلات داخلية ، وتغيير الدم واللعاب والرئتين والجلد. العديد من هذه التغييرات ليست واضحة في الحفريات ، ولا يمكن دراسة الحيتانيات بسهولة في المختبر. بدلاً من ذلك ، كان علم الوراثة هو الذي سلط الضوء عليهم مرة أخرى.

مع التوافر المتزايد لجينومات الحوتيات ، يمكن لعلماء الوراثة الآن البحث عن التغيرات الجزيئية التي صاحبت العودة إلى الماء. في حين أنه من المستحيل التأكد من مدى تأثير أي طفرة معينة ، يشك العلماء في أن العديد من تلك التي يرونها تتوافق مع تكيفات تسمح للحوتيات بالغوص والازدهار في المحيط. الغوص في الأعماق

فقدت الحوتيات الأولى أكثر من أرجلها عندما عادت إلى الماء: أصبحت الجينات بأكملها غير فعالة. في الكتاب الكبير من الحروف الجينية التي تشكل الجينوم ، تعد هذه الجينات المفقودة من بين أسهل التغييرات التي يمكن اكتشافها. إنها تأتي في شكل جملة مختلطة أو مجزأة ، ولم تعد تشفر بروتينًا كاملاً.

يمكن أن تحدث هذه الخسارة بطريقتين. ربما كان امتلاك جين معين ضارًا إلى حد ما بالحيتانيات ، لذلك اكتسبت الحيوانات التي فقدته ميزة البقاء على قيد الحياة. أو يمكن أن تكون حالة "استخدمها أو افقدها" ، كما يقول مايكل هيلر ، عالم الجينوم من معهد سينكينبيرج للأبحاث في فرانكفورت ، ألمانيا. إذا لم يكن للجين أي فائدة في الماء ، فإنه سيتراكم بشكل عشوائي الطفرات ولن تكون الحيوانات أسوأ حالًا عندما تتوقف عن العمل.

تعمق هيلر وزملاؤه في الانتقال إلى الماء من خلال مقارنة جينومات أربعة حيتان (الدلفين ، والحوت القاتل ، وحوت العنبر ، وحوت المنك) مع 55 من الثدييات البرية بالإضافة إلى خروف البحر ، والفظ ، وفقم الموانئ. . . أفاد الفريق في Science Advances في عام 2019 أن حوالي 85 جينًا أصبحوا غير فعالين عندما تكيفت أسلاف الحوتيات مع البحر. / ص>

على سبيل المثال ، لم يعد لدى الحوتيات جينًا معينًا — SLC4A9— يشارك في صنع اللعاب. منطقي: ما الهدف من البصق عندما يكون فمك مليئًا بالفعل؟

فقدت الحوتيات أيضًا أربعة جينات تشارك في تخليق الميلاتونين والاستجابة له ، وهو هرمون ينظم النوم. ربما اكتشف أسلاف الحيتان بسرعة إلى حد ما أنه لا يمكنهم الظهور على السطح للتنفس إذا أغلقوا أدمغتهم لساعات متتالية. تنام الحوتيات الحديثة ذات ليلة ...