الفوارق البيولوجية التطورية المعقدة (من وحي التطور الأحيائي 4)

جميل النجار
2020 / 9 / 17

يعترف العلماء بوجود مشكلة شائعة في المعلوماتية البيولوجية. فعندما يتم ترتيب تسلسل "جينومات" الأنواع المختلفة والعثور على جينات متجانسة، لا يمكن للمرء أن يستنتج على الفور أن هذه الجينات لها نفس الوظيفة أو ما شابهها، حيث يمكن أن تكون متوازيات اختلفت وظيفتها. لكنني اجتهدتُ في تبسيط هذه المتواليات المتسلسلة تبسيطاً ليس بالمخل قدر ما استطعت. لدرجة أنك يكفيك للإلمام بالموضوع أن تربط بين الصورة المرفقة بالتعليق النهائي دون أن ترجع إلى التفاصيل.
التماثل في الأحياء هو العلاقة بين الهياكل أو الحمض النووي، التي اُستمِدَتْ من أحدث سلف مشترك. والمثال الشائع على الهياكل المتجانسة في علم الأحياء التطوري هي: أجنحة الخفافيش وأذرع الرئيسيات. على الرغم من أن هذين الهيكلين لا يبدوان متشابهين تماما (من حيث الوظيفة)، ومن الناحية الوراثية، إلا أنهما يأتيان من نفس بنية آخر سلف مشترك.
إذا عدنا إلى بداية الحياة، فسنجد أن جميع الهياكل متجانسة (أي متماثلة لا متشابهة)
لتوضيح ذلك؛ تعتبر المتواليات المتجانسة غير متماثلة، وعادة ما تكون للمتشابهين نفس الوظيفة أو وظيفة مماثلة، ولكن في بعض الأحيان لا تكون. وغالباً ما تنتمي الجينات المتماثلة إلى نفس النوع، ولكن ليس دائماً. على سبيل المثال؛ يعتبر جين الهيموجلوبين البشري وجين الهيموجلوبين في الشمبانزي من المتشابهات. لكن الأكيد في علم الوراثة، أن التماثل يُقاس بمقارنة تسلسل البروتين أو الحمض النووي. تشترك تسلسلات الجين المتماثل في تشابه كبير، مما يدعم الفرضية القائلة بأنهم يشتركون في سلف مشترك. ويمكن أن يكون التجانس أيضًا جزئيًا.
أما الهياكل المتجانسة فهي عكس الهياكل المتشابهة. والهياكل المتشابهة، متشابهة جسدياً بين اثنين من الأصناف التي تطورت بشكل منفصل (بدلاً من وجودها في آخر سلف مشترك). فمثلاً؛ تطورت أجنحة الخفافيش وأجنحة الطيور بشكل مستقل، ورغم ذلك تعتبر هياكل متماثلة. ومن الناحية الوراثية، لا يوجد الكثير من القواسم المشتركة بين جناح الخفافيش وجناح الطيور؛ والغريب أن آخر سلف مشترك للخفافيش والطيور لم يكن لديه أجنحة مثل الخفافيش أو الطيور! لكن تطورت الأجنحة بشكل مستقل في كل سلالة بعد تباعدها عن الأجداد ذات المواضع، من الأجسام الأمامية، التي لم يتم استخدامها كأجنحة (كالثدييات الأرضية والديناصورات ذوات الأرجل على التوالي).
بمعنى أوضح؛ أجنحة الخفافيش وأجنحة الطيور هما مثال على الأعضاء المماثلة. حيث تتكون أجنحة الخفافيش من "سديلات أو اسدالات" من الجلد تمتد بين عظام الأصابع والذراع. بينما تتكون أجنحة الطيور من ريش يمتد على طول الذراع.
تشير هذه الاختلافات الهيكلية إلى أن أجنحة الطيور وأجنحة الخفافيش لم تكن موروثة من سلف مشترك له أجنحة. أي أن أجنحة الطيور والخفافيش تعتبر متشابهة في الظاهر -أي أن لهما أصول تطورية منفصلة- لكنهما متشابهان ظاهرياً لأن كلاهما اختبر الانتقاء الطبيعي الذي شكلهما ليلعبا دوراً رئيسياً في الطيران. التشابهات هي نتيجة للتطور المتقارب.
ومن المثير للاهتمام، على الرغم من أن أجنحة الطيور والخفافيش تشبه الأجنحة، إلا أن الأطراف الأمامية متجانسة. وعلى الرغم من أن الطيور والخفافيش لم ترثا أجنحة من سلف مشترك له أجنحة، إلا أنهما ورثتا أطرافاً أمامية من سلف مشترك له أطرافه الأمامية.
والقياس يختلف عن التماثل. فعلى الرغم من أن الخصائص المتشابهة متشابهة ظاهريًا، إلا أنها ليست متجانسة لأنها مستقلة وراثيا.
الصورة المرفقة:
إذا وضعنا التشابه مقابل القياس، وبعد أن أوضحنا الفرق بين التشابه والتجانس؛ يمكننا القول: تتشابه أجنحة التيروصورات (1)، والخفافيش (2)، والطيور (3) كأجنحة، ولكنها متجانسة مثل الأجنحة الأمامية. هذا لأنهم متشابهون في الخصائص وحتى الوظيفية، على الرغم من أنهم تطوروا ثلاثتهم من جذور أسلافٍ مختلفة.

وللتعرف على أوجه التشابه والتماثل في الأحياء التي ضربنا بها المثل؛ أنظر الصورة السوداء في الرابط التالي:

https://blog.scienceborealis.ca/its-not-a-bird-its-not-a-plane-its-not-even-a-dinosaurits-a-pterosaur/

فإذا سألتكَ: أي الاستنتاجات الآتية هي الصحيحة؛ من خلال فهمك لتطور الأحياء في مملكتي النباتات والحيوانات؟
1. البطاطا والبطاطا الحلوة أعضاء متشابهة في النباتات.
2. أجنحة الحشرات وأجنحة الطيور هي أعضاء متجانسة في الحيوانات.
3. أجنحة الحشرات وأجنحة الخفافيش هي أعضاء متشابهة في الحيوانات.
4. أشواك الحمضيات وأوتار القرع هي أعضاء مماثلة في النباتات.

مناقشة الاستنتاجات الصحيحة
الأعضاء المتماثلة هي تلك التي لها نفس البنية وتؤدي وظيفة مختلفة بينما الأعضاء المماثلة هي تلك التي لها بنية مختلفة ولكنها تؤدي نفس الوظيفة.
1. تتمتع كل من البطاطا والبطاطا الحلوة بنفس وظيفة تخزين الطعام، وبالتالي فهي أعضاء متشابهة.
2. أجنحة الحشرة وأجنحة الطيور هي أعضاء متشابهة لأن كلاهما لهما نفس وظيفة الطيران ولكن لهما أصل جنيني مختلف.
3. أجنحة الحشرة رقيقة وغشائية في حين أن أجنحة الخفافيش عبارة عن هياكل معدلة مع شرائط من الجلد ممتدة بين عظام الأصابع والذراع ولكن كلاهما يستخدم للطيران ولكن ليس لهما أصل مشترك في التولد وبالتالي يعتبران هياكل مماثلة.
4. أشواك الحمضيات وأوتار القرع هي هياكل متجانسة حيث أن كلاهما عبارة عن سيقان معدلة ولكن الأشواك توفر الحماية للنباتات ضد الحيوانات المفترسة بينما توفر المحلاق نباتًا داعمًا للتسلق.

إذن؛ فالإجابة الصحيحة هي الخيار (الثالث).