چالش های بزرگ تجزیه و تحلیل جهش ادعا می کنند که تکامل از ژن های مهم در برابر تغییرات محافظت می کند

ویرایش شده توسط لیزا لاک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست‌های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

این ایده که ژن های مهم کمتر از سایرین جهش می یابند، اولین بار در سال 1972 به عنوان چالشی برای دیدگاه سنتی تکامل مطرح شد. اما این ادعا همچنان مورد مناقشه باقی مانده است. اکنون، تحقیقات جدید دانشگاه باث، شواهد پشت این نظریه را ناقص می‌داند.

در مقاله جدیدی که در PLOS Biology منتشر شده است، دکتر سوفیا رادریزانی و پروفسور لارنس دی هرست، از مرکز تکامل دانشگاه، بزرگترین مجموعه تا به امروز از جهش های خود به خودی در دو میکروارگانیسم را تجزیه و تحلیل کردند: باکتری اشریشیا کلی (E. coli) و قارچ تک سلولی است ( cerevisacarchomy ).

محققان می گویند مطالعه آنها این ایده را که انتخاب طبیعی ممکن است با کاهش نرخ جهش از ژن های مهم محافظت کند، رد می کند - نظریه ای که از زمانی که برای اولین بار ارائه شد، اخیرا در سال 2023 بارها و بارها مطرح شده است.

رادریززنی، که مقاله جدید را به عنوان بخشی از دکترای خود نوشت، گفت: «این ادعا که جهش برای ژن‌های مهم کندتر است، پیروزی تبلیغات بر مواد است.» "این یک پیشنهاد واقعا قدیمی است و به اشکال مختلف به طور معمول دوباره اختراع می شود."

به طور کلاسیک، تکامل به عنوان یک فرآیند دو مرحله ای دیده می شود. اول، جهش ها تنوع ژنتیکی ایجاد می کنند. سپس، نیروهایی مانند انتخاب طبیعی بر روی آن تنوع عمل می کنند و برخی از صفات را بر برخی دیگر ترجیح می دهند. به عبارت دیگر، انتخاب طبیعی مانند غربال است که اجسام بزرگتر را به دام می اندازد و در عین حال اجسام ریزتر را از بین می برد.

فنچ های داروین – که برای اولین بار توسط چارلز داروین در جزایر گالاپاگوس در سال 1835 با آنها مواجه شد – یک مثال معروف ارائه می دهد: تفاوت در منقار فنچ ها به آنها اجازه می دهد از منابع مختلف غذایی بهره برداری کنند. در حالی که جهش تصادفی منقاری با اندازه‌های مختلف ایجاد می‌کند، زمانی که شرایط به نفع غذاهای خاص باشد، پرندگانی که منقارشان برای آنها مناسب‌تر است، احتمال زنده ماندن و تولیدمثل بیشتری دارند و این ویژگی‌ها را در طول نسل‌ها رایج‌تر می‌کند.

با این حال، برخی از محققان استدلال می‌کنند که جهش ممکن است به اندازه‌ای که به طور سنتی فرض می‌شود تصادفی نباشد و ژن‌های مهم (مانند ژن‌هایی که در تکثیر DNA یا حفظ ماشین‌های سلولی اولیه دخیل هستند) از جهش محافظت می‌شوند، در حالی که ژن‌هایی که در آن‌ها تغییر می‌تواند به سازگاری کمک کند (مانند ژن‌هایی که جهش‌ها باعث مقاومت باکتری‌ها در برابر آنتی‌بیوتیک‌ها می‌شوند یا ابعاد منقار را بیشتر تغییر می‌دهند).

این ایده که ارگانیسم ها ممکن است از ژن های مهم در برابر جهش محافظت کنند، مفید به نظر می رسد. اگر جهش در یک ژن مهم به احتمال زیاد باعث آسیب جدی یا بیماری ژنتیکی می شود، چرا تکامل نرخ جهش آن ژن را کاهش نمی دهد؟

با این حال، این ایده مشکلات نظری دارد. نرخ جهش ژن در حال حاضر آنقدر پایین است که کاهش بیشتر آن برای ژن‌های منفرد، سود بسیار کمی به همراه خواهد داشت و انتخاب طبیعی را برای چنین سیستمی دشوار می‌سازد.

مطالعات قبلی همچنین ممکن است تعداد دفعات جهش ژن های مهم را دست کم گرفته باشند.

هرست گفت: "ما انتظار داریم انتخاب طبیعی به سرعت جهش ها را زمانی که در ژن های مهم تر اتفاق می افتد حذف کند، زیرا این جهش ها به احتمال زیاد برای ارگانیسم مضر هستند. این می تواند این توهم را ایجاد کند که ژن های مهم جهش های کمتری دارند در حالی که در واقعیت، برخی از جهش ها به سادگی ناپدید شده اند قبل از اینکه فرصتی برای تجزیه و تحلیل آنها داشته باشیم.

برای غلبه بر این مشکلات، محققان از داده‌های آزمایش‌های "انباشت جهش" در E. coli و مخمر نانوایی استفاده کردند که برای به حداقل رساندن اثرات انتخاب طبیعی طراحی شده بود. سه آزمایش جداگانه هیچ مدرکی مبنی بر اینکه انتخاب طبیعی نتایج را بطور قابل ملاحظه ای منحرف کرده است، پیدا نکرد.

رادریزانی گفت: "به نظر می رسد این بزرگترین و تمیزترین نمونه جهش است که تا به امروز جمع آوری شده است."

سپس محققان پرسیدند که آیا واقعا ژن‌های مهم کمتر جهش می‌یابند. آنها میزان جهش را با شواهد تجربی مقایسه کردند که نشان می‌دهد با حذف ژن‌های فردی چه اتفاقی می‌افتد. برخی از ژن ها ضروری هستند، به این معنی که حذف آنها سلول را می کشد، در حالی که از دست دادن برخی دیگر تأثیر کمی دارد یا هیچ تاثیری ندارد.

هرست گفت: "داده ها را به هر طریقی تجزیه و تحلیل کنید و ما چیزی پیدا نکردیم. در هیچ یک از گونه ها این ژن های کلیدی نرخ جهش کمتری نداشتند."

این تیم همچنین راه‌های دیگری را برای اندازه‌گیری اهمیت یک ژن، از جمله اینکه یک سلول چقدر پروتئین تولید می‌کند و قدرت انتخاب طبیعی که بر روی آن در طول زمان تکاملی اثر می‌گذارد، در نظر گرفت.

رادریزانی گفت: "ما دریافتیم که ژن‌هایی که پروتئین‌های فراوان‌تری تولید می‌کنند، نرخ جهش پایین‌تری ندارند. همچنین نحوه تکامل ژن‌ها در طول هزاران سال پیش‌بینی می‌کند که آنها چقدر جهش می‌کنند."

با این حال، محققان دریافتند که برخی از ویژگی‌های ژنوم می‌تواند بر میزان جهش تأثیر بگذارد - برای مثال، ژن‌هایی که بعدا در طول تکثیر DNA کپی می‌شوند، تمایل بیشتری به جهش دارند.

هرست می‌گوید: «در حالی که ما علل شناخته شده تغییر در نرخ جهش را می‌بینیم، هیچ مدرکی برای اثراتی که به عنوان چالشی برای مدل مرسوم پیشنهاد شده‌اند، پیدا نکردیم. هیچ‌یک پیش‌بینی نکرد که کدام ژن نرخ جهش بالا یا پایین خواهد داشت، و مطمئنا هیچ دلیلی برای تغییر در پارادایم وجود ندارد.»

Sofia Radrizzani و همکاران، اهمیت ژن ها میزان جهش آنها را پیش بینی نمی کند، PLOS Biology (2026). DOI: 10.1371/journal.pbio.3004089

لیسانس تاریخ هنر، کارشناسی ارشد فرهنگ مادی. سردبیر سابق موزه، پیراپزشک و هماهنگ کننده پیوند. ویرایش برای Science X از سال 2021. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →