علامت سوال/ ساعت مولکولی چیست؟
بيگ بنگ/ از زماني که چارلز داروين خويشاوندي کل موجودات را با يکديگر مورد شناسايي قرار داد، دانشمندان تلاش هاي بسياري را در راستاي تحقق روياي داروين به منظور حصول درخت زندگي در طول ۱۵۰ سال انجام دادهاند. امروزه، روش هاي استفاده شده براي رديابي شاخههاي فرگشت در زمان پاي فراتر از انتظارات داروين گذاشته اند. دانشمندان در طي يک سري اصول هاي زيست شناسي از روشي موسوم به ساعت مولکولي استفاده مي کنند. بر اين اساس، امکان رمزگشايي از گذشته با خواندن داستان هاي نگاشته شده در ژن هاي موجودات زنده فراهم مي آيد. در بزرگترين مقياس، ساعت مولکولي ديرينه شناسان را مقدور ساخته تا از رازهاي فرآيند فرگشت در طول ميليون ها سال پرده بردارند. و در کوچکترين مقياس، متخصصان واگير شناسي توانايي بررسي سرعت بيماري را در طول چند دهه بدست مي آورند.
منشأ گونه ها
ساعت مولکولي که گاهي اوقات از آن به “ساعت تکاملي” يا “ساعت ژني” ياد مي شود، ريشه در مفهوم زيستي وراثت دارد. کليه موجودات اطلاعات را در قالب مولکول هاي ژنتيکي(معمولا DNA) از نسل قبلي به ارث مي برند. از آنجا که اين ماده بطور تدريجي در طول زمان دستخوش تغيير قرار مي گيرد، امکان استفاده از آن براي اندازه گيري زمان وقوع رويدادهاي فرگشتي پديد مي آيد.
اين گفته که اطلاعات در طول زمان انتقال مي يابد، مي تواند مفهوم فرگشتي را توضيح دهد. کتابي قديمي را تصور کنيد که توسط نسل هايي از انسان ها رونوشت مي شود و در مکاني نگهداري مي شود. بالاخره يکي از انسان ها به جستجو پرداخته، مکاني جديدي را مي يابد تا نسخه اي از کتاب را براي خودش بردارد. او به رونويسي از کتاب ادامه مي دهد تا در طول زمان نسخه هايي از آن موجود باشد و همين عامل باعث بروز خطاهاي جزئي مي شود. اين خطاها تغييري در معنا و مفهوم کتاب ايجاد نمي کنند، پس به چشم نيامده و تصحيح نمي شوند و نسخه هاي بعدي بصورت تدريجي مملو از تغييرات مي شوند.
قرن ها بعد، پژوهشگري با دو مکان ديگر مواجه شده و نتيجه مي گيرد که آنها روزي داراي منشأ مشترکي بودند، هر کدام کتابي دارند که شباهت چشمگيري بين آنها ديده مي شود. اين پژوهشگر درصدد بررسي قدمت تاريخي هر يک از کتاب ها برآمده و تفاوت هاي بين آن دو را مورد مطالعه قرار مي دهد. او با مطالعات متون بسياري در مي يابد که اين تفاوتها( عمدتاً تفاوت هاي املايي) در بازه زماني نسبتا پايداري پديد آمده اند.
بر اساس يافته هاي اين پژوهشگر، ۱۰۰ مورد تغيير در هر صفحه از کتب اعمال شده است و بدين ترتيب، او نتيجه مي گيرد که کُتُب منشأ مشترکي در پانصد سال گذشته داشتند. زمان بروز هر تغيير در حدود ۱۰ سال تخمين زده مي شود. اين تفاوتها در دو سطربندي متفاوت از کتاب حاصل آمده اند. کتاب نمادين ما نشان دهنده ژنوم بوده و هر فصل آن را ميتوان يک ژن در نظر گرفت که از زنجيره هاي نوکلئوتيدي A، T، C، G تشکيل يافته است. انسان ها در نقش گونه ها ظاهر شده و مکان نگه داري کتاب اعضاي ِ آن گونه به شمار مي روند. منظور از تغييرات هم “جهش هاي ژنتيکي” است.
تغييراتي که تاثيري بر معناي DNA نمي گذارند را جهش هاي طبيعي مي گويند که مي توانند بدون تصحيح شدن يا حذف شدن از طريق انتخاب طبيعي، در رمز ژنتيکي جمع شوند. از آنجا که ما رمزهاي ژنتيکي را مي خوانيم، امکان مقايسه گونه ها در اين سطح بنيادي و گردآوري اطلاعاتي در خصوص قدمت فرگشتي آنها براي ما فراهم مي شود.
تيک تاک نامشخص در DNA
با اين حال، پيچيدگي زيست شناسي بر دشواري هاي پيرامون بررسي ساعت مولکولي مي افزايد. سه جنبه از فرگشت مي تواند مفهوم ساعت مولکولي را دچار اختلال و گمراهي کند. فرگشت (تکامل) مي تواند همگرا باشد، گونه هاي مختلف بطور مستقل تکامل مي يابند تا مشابه بنظر آيند. پس ما در شناسايي رابطه تنگاتنگ آنها به سادگي دچار اشتباه مي شويم. براي مثال، اين طرز فکر نادرست است که کوسه ها و دلفين ها خويشاوندي نزديکي با يکديگر دارند چرا که شبيه هم اند. آنها از زيستگاه ها، طعمه ها و فشارهاي مشابهي براي بقا برخوردارند و به همين دليل، شباهت هايي ميان اين دو شکل گرفته است. همين مورد مي تواند براي DNA هم رخ بدهد.
بعضي از ژن ها مي توانند سريع تکامل يابند و همچنين احتمال دارد رابطه نسبي ميان مقدار تغيير و مقدار زمان در اثر اشباع شدگي نفي گردد. بخش هايي از ژنوم رونوشت شده، از دست رفته يا حتي ميان موجوداتي که رابطه دوري با هم دارند انتقال مي يابد( انتقال ژن افقي) که مقايسه “شبيه با شبيه” را به امري دشوار تبديل مي کند. انتخاب دقيق داده ها چنين خطاهايي را از ميان بر ميدارد.
عدم سازگاري هميشگي ميزان تغيير ژنتيکي يکي ديگر از مشکلات مي باشد. بخش هاي مختلف ژنوم با سرعت هاي مختلفي تکامل مي يابند و ميزان سرعت هم با گذشت زمان تغيير يافته است. تنظيم مقادير مشخص تغيير ژنتيکي متناسب با مدت زمان سپري شده بعنوان يکي از راه حل ها شناخته شده است. ما از اين مسئله آگاهي داريم که برخي دودمان ها چه زماني داراي اجداد مشترکي بودند چرا که فسيل آنها موجود است و ما با بهرهگيري از روش هايي نظير تعيين قدمت پرتو سنجي، به زمان زندگي آن پي مي بريم.
با درک رابطه ميان زمان بندي يک واگرايي و مقدار تغيير ژنتيکي ميان دو تبار (دودمان)، امکان استنتاج از اين رابطه براي بقيه درخت فرگشتي و تخمين زمان رخداد ساير واگرايي ها فراهم مي آيد. به دليل عدم قطعيت در تعيين قدمت فسيل و سرعت تغيير فرگشتي، ساعت مولکولي نمي تواند با دقت بالايي عمل کند، اما در صورت استفاده صحيح ميتواند عملکرد بسيار دقيقي بر جاي بگذارد. پس عدم دقت کافي بازتاب دهندهء عدم اطمينان ما در مورد گذشته است. خود گونه زايي بصورت آني اتفاق نمي افتد، بلکه وقوع آن به بازه هاي زماني بسيار طولاني احتياج دارد.
براي مثال، اگر بگوئيم شامپانزه ها و انسان ها ۸۰۲۸۵۱۹ سال پيش از هم جدا شده و تفاوت هايي بين آنها ظاهر شد، احتمال و سودمندي اش از اين گفته کمتر است اگر بگوئيم آنها تقريبا هشت ميليون سال پيش از هم جدا شدند. در صورت استفاده موثر از ابزارهاي درجه بندي و استفاده احسن از داده هاي موجود مي توان از شدت عدم اطمينان تا حد زيادي کاست.
برنامه ها و پيشرفت ها
ساعت مولکولي در مقياس هاي زماني کوتاه و بلند توضيحاتي در خصوص فرگشت ارائه مي دهد. محققان در سال ۲۰۱۲ ميلادي به اين نتيجه رسيدند که ايدز فراگير در کشور هند داراي جدي مشترک در ۴۰ سال پيش بود و از اين نکته مي توان شيوع و گسترش بيماري را استنباط کرد. اين عامل به سياست هاي پزشکي آگاهي بخشيد و نقش مهمي در پيش بيني محل گسترش بيماري ايفا کرد. علاوه براين، منجر به استفاده موثر منابع گرديد و نهايتا عده بي شماري از مرگ نجات پيدا کردند.
ديرينه شناسان از روش ساعت مولکولي براي موشکافي تاريخ گذشته و غالبا در گروه هايي با داده هاي فسيلي ناکافي استفاده مي کنند. براي نمونه، يافته نشان داده که پنگوئن ها جدي در حدود ۲۰ ميليون سال پيش داشتند، در حاليکه نخستين حيات سلولي پيچيده از دودمان باکتريائي متعلق به بيش از ۱٫۲ ميليارد سال قبل نشأت مي گيرد. اين نمونهها بينش ما را نسبت به شرايط اکولوژيکي و محيط زيست گذشته افزايش داده و دانش مان را پيرامون ديناميک فرگشت ارتقأ مي بخشد.
با ارتقاي بينش و درک ما از فرگشت، چشم انداز چارلز داروين از نقشه جامع درخت زندگي براي ما بيش از پيش شفاف تر مي شود. اگر او بار ديگر به حيات باز مي گشت، قطعا با بررسي جزئيات خويشاوندي کرگدن ها و وال ها يا پيوندهاي باستاني عميق ميان باکتري و ميتوکندري از دستاوردهاي امروز اظهار خوشحالي مي کرد. ما با بهرهگيري از ساعت مولکولي نه تنها بعنوان مبناي درخت زندگي استفاده مي کنيم، بلکه گسترش شاخههاي آن و عمق ريشه هاي آن را مورد بررسي موشکافانه قرار مي دهيم.
با کانال تلگرامي «آخرين خبر» همراه شويد