دو گونه ارکیده به نامهای Gastrodia takeshimensis و Gastrodia kuroshimensis در جزایر ریوکیو ژاپن، استراتژی تولیدمثل منحصربهفردی را اتخاذ کردهاند:گلهای آنها هرگز باز نمیشوند و از طریق خودباروری کامل، بدون نیاز به گردهافشانی خارجی، تولیدمثل میکنند.
خودباروری در سکوت و طراحی برای خودباروری
این ارکیدهها در جزایر کوروشیما، تاکهشیما و یاکوشیما زندگی میکنند. دکتر کنجی سوئتسوگو از دانشگاه کوبه، در تحقیقات دهساله خود، بیش از صد نمونه از این گیاهان را مشاهده کرد و دریافت که هیچیک از آنها گلهای خود را باز نمیکنند. این پدیده به نام “کلیستوگامی کامل” شناخته میشود، که در آن گلها بهطور کامل بسته باقی میمانند و خودباروری درون آنها صورت میگیرد.
در این گونهها، ساختار گلها بهگونهای است که باز شدن را غیرممکن میسازد. تحقیقات نشان داده است که این ارکیدهها فاقد “روستلوم” هستند، ساختاری که در گونههای دیگر مانع از خودباروری میشود. در نتیجه، گردهها مستقیماً بر روی کلاله میافتند و باروری صورت میگیرد در محیطهای منزوی مانند جزایر، که گردهافشانها کمیاب یا غیرقابل اعتماد هستند، خودباروری میتواند مزیت بقا باشد. با این حال، این استراتژی با خطراتی همراه است، از جمله کاهش تنوع ژنتیکی و افزایش احتمال انقراض در مواجهه با تغییرات محیطی.
تأثیر بر گونهزایی و جداسازی ژنتیکی
کلیستوگامی کامل میتواند بهعنوان یک مانع تولیدمثلی عمل کند، که از تلاقی با گونههای نزدیک جلوگیری میکند و به حفظ هویت ژنتیکی کمک مینماید. در نتیجه، این استراتژی ممکن است در فرآیند گونهزایی نقش داشته باشد تجزیه و تحلیل ژنتیکی با استفاده از نشانگرهای SSR و پروفایلبرداری SNP از طریق فناوری MIG-seq نشان داد که گونههای G. takeshimensis و G. kuroshimensis از نظر ژنتیکی تقریباً یکسان هستند. این شباهت شدید بیانگر آن است که این گیاهان نسلهاست که تنها از طریق خودباروری تولیدمثل میکنند و عملاً به صورت «شبهکلون» باقی ماندهاند.
بهرغم نرخ بالای جهش در نشانگرهای استفادهشده، تنوع ژنتیکی مشاهدهشده در این گیاهان بسیار پایین بود. این موضوع حاکی از آن است که انتقال از گردهافشانی دگرگانی (بین افراد متفاوت) به خودباروری، احتمالاً در ۱۰۰ تا ۲۰۰ نسل اخیر اتفاق افتاده است. با توجه به اینکه هر نسل از ارکیده حدود ۵ تا ۱۰ سال به طول میانجامد، میتوان نتیجه گرفت که این تغییر تولیدمثلی در حدود ۱۰۰۰ تا ۲۰۰۰ سال گذشته رخ داده است.
دلایل احتمالی تغییر به خودباروری و مزیت زیستی در محیطهای منزوی
تحلیلها نشان دادند که نیاکان این ارکیدهها که احتمالاً توسط مگسهای دروزوفیلا گردهافشانی میشدند، حتی در آن زمان نیز از تنوع ژنتیکی کمی برخوردار بودند. این حشرات بهندرت از یک گل به گل دوردست دیگر منتقل میشوند، و معمولاً فقط بین گلهای یک گیاه یا گیاهان بسیار نزدیک حرکت میکنند؛ بنابراین حتی دگرگردهافشانی آنها نیز تأثیر چندانی بر افزایش تنوع ژنتیکی نداشت.
در نتیجه، با توجه به شرایط اکولوژیکی، خودباروری برای این گونهها هزینهای نداشت، اما مزایایی چون اطمینان از تولیدمثل در نبود گردهافشانها به همراه داشت در زیستگاههایی مانند جزایر ریوکیو که جمعیتها کوچک هستند و گردهافشانها ناپایدار یا کمیابند، توانایی تولیدمثل مستقل یک مزیت بزرگ به شمار میرود. این استراتژی به گیاه امکان میدهد بدون نیاز به شریک جنسی یا گردهافشان، نسل خود را ادامه دهد.
حتی گونههای خویشاوند این ارکیدهها که هنوز گل بازشونده (chasmogamous) دارند، مانند G. foetida و G. fontinalis نیز نشانههایی از خودباروری را در ساختار ژنتیکیشان بروز میدهند؛ از جمله تنوع ژنتیکی پایین، تجمع جهشهای زیانبار و سطح پایین دگرهزایی (heterozygosity). این نکته نشان میدهد که روند رفتن به سمت خودباروری ممکن است در بسیاری از ارکیدههای جزیرهای آغاز شده باشد.
نقش مهم خودباروری در جلوگیری از هیبریداسیون و تکرار الگوی کلیستوگامی در گونهها
یکی از مهمترین نتایج کلیستوگامی این است که از آمیزش میان گونهها جلوگیری میکند. با وجود اینکه گونههای خودبارور در مجاورت گونههای خویشاوند رشد میکنند، هیچ نشانهای از ایجاد دورگ (هیبرید) دیده نشده است. این پدیده نشان میدهد که بسته بودن گلها بهعنوان یک سد قوی ژنتیکی عمل میکند.
یافتههای ژنتیکی تیم پژوهشی نیز این موضوع را تأیید کرد: هر دو گونه بهرغم مجاورت، از نظر ژنتیکی کاملاً مجزا باقی ماندهاند. این جداسازی به گیاه اجازه میدهد در کنار دیگر گونهها زیست کند، بدون اینکه تنوع ژنتیکی خود را از دست بدهد یا در معرض رقابت برای گردهافشان قرار گیرد جزایر ریوکیو بهمثابه یک آزمایشگاه طبیعی برای بررسی چنین الگوهایی عمل میکنند. بسیاری از جمعیتهای گیاهی در این جزایر کوچک و دارای تنوع ژنتیکی کماند، که نشان از اثر بنیانگذار (founder effect) دارد.
جالبتر آنکه کلیستوگامی در چندین گونه دیگر از جنس Gastrodia نیز دیده شده است. این تکرار نشان میدهد که خودباروری ممکن است پاسخ عمومی به شرایط دشوار جزیرهای باشد. توانایی یک گیاه برای ایجاد یک جمعیت جدید تنها با یک بذر بدون نیاز به گردهافشان یا همنوع یک مزیت بقا در محیطهای دشوار است.
دکتر سوئتسوگو هشدار میدهد که این استراتژی ممکن است بیشتر یک راهحل موقتی باشد تا یک مسیر پایدار تکاملی. با نبود امکان وارد کردن تنوع ژنتیکی جدید از طریق آمیزش، این گونهها در برابر تغییرات ناگهانی محیطی بسیار آسیبپذیرند اگرچه کلیستوگامی چندین بار در جنس Gastrodia بهطور مستقل پدید آمده است، این واقعیت احتمالاً نشان میدهد که این روش در کوتاهمدت سودمند بوده، اما آینده آن مبهم است.
نتیجهگیری نهایی: طبیعت قوانین خود را بازنویسی میکند
ارکیدههای Gastrodia takeshimensis و Gastrodia kuroshimensis نمونههایی از استراتژیهای تولیدمثل غیرمعمول در گیاهان هستند. اگرچه این استراتژیها در کوتاهمدت مزایایی دارند، اما در بلندمدت ممکن است با چالشهایی مواجه شوند. مطالعه این گونهها میتواند به درک بهتر از تنوع و سازگاریهای تولیدمثلی در گیاهان کمک کند.
داروین درباره پایداری تولیدمثل کاملاً خودبارور تردید داشت. او معتقد بود که تکرار مداوم خودباروری به تجمع جهشهای زیانبار و انقراض منجر میشود. با این حال، ارکیدههای ژاپنی Gastrodia خلاف این نگرش را حداقل در کوتاهمدت نشان دادهاند گلهای بسته آنها، هرچند بیصدا، صدای بلند تکاملاند. این ارکیدهها نمونهای از سازگاریهای زیستی در شرایط محدود، بدون نیاز به تعامل با گونههای دیگرند. آنها اثباتیاند بر اینکه طبیعت در لبههای تکامل، میتواند قوانین رایج را به چالش بکشد و راهحلهای غیرمنتظرهای برای بقا بیابد.
سوئتسوگو و تیمش هنوز به کاوش در این مسیر ادامه میدهند. او میگوید:«هر دادهی جدید، هر گونهی تازهای که توصیف میکنیم، من را یک قدم به درک کاملتری از طیف گستردهی امکانات تکاملی نزدیکتر میکند.»
بیشتر بدانیم: زوال عقل درمان در گیاهان و ALS
لینک منبع: earth
نظرات کاربران