What Guppy Guts Can Teach Us About Evolution

Matt Davenport

Science Daily. May 31, 2022. Michigan State University

ماهی‌رنگین‌کمانی (guppy) چه نکاتی در مورد تکامل به ما می آموزد

ترجمه: نازنین عندلیب

تهران، دانشگاه تهران، دانشکده زیست شناسی

* مترجم مسئول، پست الکترونیکی: Andalib2727@ut.ac.ir

در فهرست ابزارهای علمی که به ما در درک سلامت، تکامل یا محیط‌زیست کمک می‌کند، ماهی کوپی‌ترینیدایان[1] اغلب مورد استفاده نیست.

این ماهی در ایالت‌متحده بیشتر به‌عنوان حیوان خانگی در آکواریوم نگهداری می‌شود. در زادگاه گوپی‌ها در ترینیداد[2] در ونزوئلا ،گوپی‌های وحشی به تعداد زیاد وجود دارند و تقریباً مشاهده ای بدیهی تلقی می‌شوند.

سارا فیتزپاتریک[3]، استادیار بخش زیست‌شناسی دانشگاه ایالتی میشیگان گفت: "در ترینیداد به این گوپی‌ها، ماهی‌زه‌کشی⁴ می‌گویند و مردم محلی از ما می‌پرسند چرا در حال مطالعه این نوع ماهی هستید؟

سارا ایوانز⁵ همکار خانم فیتزپاتریک و دانشیار بخش کالج علوم طبیعی گفت: "گوپی‌ها در ترینیداد به‌نوعی شبیه سنجاب‌ها در میشیگان هستند".

اما به‌لطف ترکیب علوم از جمله زیست‌شناسی و بوم‌شناسی، گوپی‌ها برای چندین دهه بنش‌هایی را در مورد تکامل در اختیار محققان قرار داده‌اند. ایوانز و فیتزپاتریک در این مطالعه بیشتر از دانشمندان تلاش کردند و از گوپی‌ها برای پی‌بردن به سئوالاتی از جمله چگونه میکروب‌ها در بدن موجودات میزبان زندگی کرده و به سلامت، بقا و کیفیت زندگی آن‌ها کمک می‌کنند، استفاده کردند.

یک گروه تحقیقاتی به‌رهبری اسپارتانز⁶ و گروهی که در مؤسسه کلوگ (W.K.Kellogg) در میشیگان تحقیق می‌کردند، نتایج خود را در تاریخ 25 می در مجله Proceeding of the Royal Society B: Biological Sciences منتشر کردند.

همان‌طور که دانشمندان درباره‌ی میکروبیوم روده – مجموعه‌یی از میکروب‌هایی که در دستگاه گوارش موجودات میزبان زندگی می‌کنند- بیشتر مطالعه می‌کنند، نقش مهم این میکروب‌ها در سلامت و رفاه میزبان بیشتر مشخص می‌شود. درواقع، سلامت انسان ارتباط تنگاتنگی با میکروبیوم روده‌ دارد.

ایوانز و فیتزپاتریک علاقه دارند که از ابهامات بزرگ در زمینه زیست‌‌شناسی پرده‌بردارند و یکی از این سئوالات این است که چگونه میکروبیوم‌ها تکامل موجودات را تغییر می‌دهند. ایوانز که یکی از اعضای اصلی هئیت‌علمی برنامه بوم‌شناسی، تکامل و رفتار⁷ است. گفت: "از آنجایی که میکروبیوم بر تناسب اندام (سلامت و تولیدمثل موجودات) تأثیر می‌گذارد، می‌تواند بر تکامل هم تأثیرگذار باشد".

طبیعت مملو از نمونه‌های جالب از این نوع است که در میان آن‌ها موریانه‌ها وجود دارند. موریانه‌ها در طول مسیر تکاملی خود با یک جمعیت تک‌سلولی به‌نام پروتوزآ⁸ در روده خود سازگار شدند که به‌آن‌ها امکان هضم چوب را می‌دهد.

پانداهای غول‌پیکر مثال دیگری از این نوع است. رژیم‌غذایی بر میکروبیوم تأثیر می‌گذارد. پانداها فقط برگ می‌خورند، در‌حالی‌که، میکروبیوم‌های پاندا بیشتر شبیه اقوام گوشت‌خوار هست تا خویشاوندان گیاه‌خوار میکروبیوم‌ها. احتمالاً به‌دلیل شکل و اندازه روده‌‌ی پاندا است که از اجداد گوشت‌خوار تکامل یافته‌است.

ایوانز و فیتزپاتریک علاقه‌داشتند بدانند کدام میکروبیوم‌ها در تکامل موجودات میزبان بیشتر دخالت دارند. این تحقیقات می‌تواند در مورد شکل روده، رژیم‌غذایی یا ویژگی‌های محیط‌زیست جدید باشد که احتمالاً حاوی میکروب‌هایی است که برای میزبان به‌عنوان میکروب خارجی عمل‌می‌کند. محققان می‌دانستند که گوپی‌ها می‌توانند باله‌های منحصر به‌فرد خود را به‌عنوان "آزمایشگاه طبیعی" قرض دهند.

فیتزپاتریک که یکی از اعضای اصلی هئیت علمی برنامهEEB  و هماهنگ‌کننده آزمایشگاه بوم‌شناسی مولکولی و ژنگان‌شناسی در بخش زیست‌شناسی کلوگ است گفت: "ترینیداد یک جزیره‌ی قاره‌ای است، که مدت‌ها پیش از آمریکای‌جنوبی جداشده و در واقع ادامه شمالی‌ترین قسمت رشته‌کوه آند است".

رودخانه‌ها و نهرهای جاری شده از کوه‌های ترینیداد هرکدام دارای یک بوم‌سازگان مستقل است. در هر سیستم آبی بوم‌سازگان گوپی‌های خاص وجود دارند که فقط در آن سیستم آبی زندگی می‌کنند.

در دهه 1950، محققان تکامل پی‌بردند که می‌توانند گوپی‌ها را از یک بوم‌سازگان که در آن ماهی‌های شکارچی طبیعی زیادی وجود دارد، به بوم‌سازگانی که ماهی شکارچی موجود نیست منتقل کنند. با گذشت زمان، ژن‌ها و ویژگی‌های ماهی گوپی مانند جمعیت بومی که در محیط فاقد ماهی شکارچی زندگی می‌کرد و همچنین ژن‌های ماهی‌های منتقل شده از مکان‌هایی با ماهی شکارچی زیاد زندگی می‌کردند، سازگارشدند.

ایوانز گفت: "و این پدیده تکرارپذیر است. آن‌ها تقریباً هربار به‌روش‌های مشابهی تکامل می‌یابند، به‌همین‌دلیل است که این سیستم به‌عنوان یک سیستم قابل مطالعه در کتاب‌های درسی وجود دارد".

فیتزپاتریک گفت: "با توجه‌به‌این‌که می‌دانیم گوپی‌ها به‌روش موازی بسیار سریع تکامل می‌یابند، می‌توانیم بپرسیم که چگونه میکروبیوم‌ها هم مثل گوپی‌ها تکامل سریع دارند".

ایوانز و فیتزپاتریک به مکان‌هایی رفتند که دانشمندان در آن مکان‌ها تکامل گوپی‌ها را مطالعه می‌کردند. اما به‌جای مطالعه گوپی‌ها به مطالعه نمونه میکروبیوم‌های ماهی‌های بومی و جمعیت‌های مشتق شده پرداختند. آن‌ها با مراجعه به بیش از ده‌ها مکان مختلف، از دودمان ماهی‌هایی که پنج سال  و بیش از 60 سال پیش به این مکان منتقل شدند، نمونه‌برداری کردند.

ایوانز و فیتزپاتریک با همکاری کارشناسان برزیلی از دانشگاه ایالتی ریودوژانیرو دریافتند که میکروبیوم گوپی‌ها در واکنش به محیطشان بسیار سریع‌تر از ژن‌ها و ویژگی‌های فیزیکی آن‌ها تغییر می‌کنند. شکل روده گوپی که انواع میکروب‌ها در آن زندگی می‌کند نیز سریع‌تر از حدانتظار تغییرکرد.

با این‌حال، برخلاف ژن‌ها و ویژگی‌های فرزندان ماهی‌های انتقال‌یافته، جمعیت میکروب‌های روده‌یی آن‌ها با جمعیت میکروب روده‌یی ماهی‌های بومی که در یک محیط زندگی می‌کردند تطابق نداشت. باوجود عدم تطابق، عملکرد میکروبیوم‌ها مشابه بود. یعنی دودمان ماهی‌های انتقال‌یافته دارای میکروب‌های متفاوتی بودند اما اساساً همان کاری را که میکروب‌های موجود در ماهی‌های بومی انجام می‌دهند را ارائه می‌دهند.

ایده‌ی این مطالعه توسط ایوانز و فیتزپاتریک به‌سال‌ها پیش، زمانی‌که هر دو محقق پسادکتری بودند، برمی‌گردد. این ایده خودبه‌خود ایجادشد، درحالی‌که، ایوانز متخصص میکروب‌شناسی و فیتزپاتریک متخصص در بوم‌شناسی بودند.

فیتزپاتریک گفت: "این موضوع هیجان‌انگیز در مورد همکاری‌های بین‌رشته‌یی، ادغام ایده‌ها و تخصص‌ها است. پس سئوالات جدید و جالبی را ایجاد می‌کند".

در سال 2014، این دو دانشمند برای جمع‌آوری نمونه به ترینیداد مسافرت‌کردند و در آن‌زمان این یک طرح جانبی بود. سپس آن‌ها آزمایشگاه تحقیقاتی خود را در دانشگاه ایالتی میشیگان (MSU) راه‌اندازی کردند و زمان تکمیل طرح به‌خصوص با شروع همه‌گیری کووید19 بسیار دشوار بود.

اکنون، آن‌ها حاصل این تحقیق را در شماره ویژه مجله‌ی Proceeding of the Royal Society B: Biological Sciences منتشر کردند، مقاله اصلی این مجله در مورد ویروس کرونا و افراد آسیب‌دیده از آن به‌ویژه زنان و مراقبان بودند.

فیتزپاتریک گفت: "ما واقعاً خوشحال بودیم که از این موضوع خاص حمایت کردیم. سه نویسنده از چهار نویسنده آن خانم‌های دارای فرزند بودند".

اگرچه این یک شماره‌ ویژه بود، این تحقیق قبل از انتشار به‌صورت معمولی و بسیار سخت بررسی شد و محققان مانند سایر مطالعات انتقاداتی در مورد این مطالعه شنیدند.

برای برخی از داوران، سیستم گوپی بیش از حد پیچیده بود. و این باعث شد مطالعات آزمایشگاهی در مورد این سیستم برای محققان دشوار باشد. برای دیگران، این مطالعه خیلی پیچیده نبود. آن‌ها در تعجب بودند که چگونه یافته‌های مشتق‌شده از گوپی‌ها را می‌توانند در طبیعت به‌کاربرند و این به‌دلیل بوم‌شناسی منحصربه‌فرد گوپی‌هاست. اما از نگاه دیگر، هیچ مطالعه‌یی کامل نیست و مطالعه گوپی‌ها هم کامل نخواهد بود چون تقاضا، میل یا اصرار برای کمال، شانس دست‌یابی به‌نتیجه خوب یا مطلوب را در‌نهایت کاهش می‌دهد.

ایوانز گفت: "ما فکر کردیم در یک مکان شیرین هستیم –یک آزمایشگاه طبیعی. در این بین قدرت درداشتن چنین چیزهایی است".

[1] Trinidadian guppy                                                                                                                                 ⁴ Drain fish                                                                                                                                              ⁷ Ecology, Evolutionary Biology (EEB)

[2] Trinidad                                                                                                                                                                                 ⁵ Sarah Evans                                                                                                                                           ⁸ Protozoans

[3] Sarah Fitzpatrick                                                                                                                                    ⁶ Spartans