فرگشت تصادفی نیست (حداقل اینکه کاملا تصادفی نیست)

غالباً گفته می‌شود که فرگشت نابیناست زیرا هیچ نیروی خارجی وجود ندارد که انتخاب طبیعی را هدایت کند. اما یک پژوهش جدید (سال ۲۰۱۴) نشان می‌دهد که تغییرات در ماده ژنتیکی در سطح مولکولی کاملا تصادفی نیستند. خواص فیزیکی کدهای ژنتیکی و نیاز به حفظ کاربرد حیاتی پروتئین‌ها، نیروهایی هستند که به این جهش‌ها جهت می‌دهند.

دی‌ان‌ای از توالی حروفی تشکیل شده است که پروتئین‌ها را کُدگذاری می‌کنند. فهم رایج فعلی این است که فرگشت نتیجه جهش‌های تصادفی است که با انتخاب طبیعی، توانایی یک ارگانیزم در بقاء و تولید مثل را افزایش می‌دهند. در این پژوهش که در سپتامبر ۲۰۱۴ منتشر شده است، مایکل گاروین و انتونی گارِت از دانشگاه آلاسکا، تصادفی بودن جهش‌ها را مورد مطالعه قرار دادند.

گیرافتادن در تکرار

گاروین و همکارانش در یکی از پژوهش‌های قبلی‌شان، ناحیه‌ای از دی‌ان‌ای در برخی گونه‌ها را مورد مطالعه قرار داده بودند که مسئول کدگذاری مجموعه‌ای از پروتئین‌ها بود که وظیفه‌ تولید ATP را بر عهده داشتند. تغییرات در این ناحیه از دی‌ان‌ای به گونه‌ها اجازه می‌دهد که با محیط خود منطبق شوند و به همین دلیل گفته می‌شود که [این نواحی] تحت انتخاب مثبت قرار دارند.
(توضیح مترجم: انتخاب مثبت بدین معنی است که جهش‌هایی که سازگاری ارگانیزم را افزایش می‌دهند توسط انتخاب طبیعی گزینش و حفظ می‌شوند. در مقابل آن انتخاب منفی را داریم که انتخاب تصفیه کننده نیز خوانده می‌شود و آن هنگامی است که جهش‌هایی که سازگاری ارگانیزم را کاهش داده‌اند حذف می‌شوند)

یک روز، هنگامی که گاروین توالی ناحیه‌ای از دی‌ان‌ای ماهی سالمون را در کامپیوترش وارد می‌کرد بطور مکرر آن توالی را اشتباه تایپ کرد چرا که دو حرف CA بدفعات در آن ناحیه تکرار شده بودند. این حروف تکراری دقیقا در مجاورت ناحیه‌ای بودند که تحت انتخاب مثبت قرار داشت. [یعنی مشخص شده بود که تغییرات در آن ناحیه معمولا با افزایش سازگاری جاندار همراه بوده‌اند]
او با خود اندیشید که آیا امکان دارد اشتباه مشابهی در هنگام تکثیر سلول رخ دهد؟ چیزی مشابه بستن دکمه‌های پیراهن هنگامی که خسته هستید و دکمه‌ها را پایین بالا می‌بندید. این پدیده را جفت شدن اشتباهی در نتیجه لغزش رشته می‌خوانند. اینکه در ناحیه‌ای از دی‌ان‌ای حروفی بدفعات تکرار شده باشند، یکی از خواص فیزیکی دی‌ان‌ای است که نرخ جهش‌ها را تحت تاثیر قرار می‌دهد.
حتی اگر یک ناحیه [غالبا پایدار] از دی‌ان‌ای که در بین دو ناحیه از توالی طولانی حروف قرار دارد دچار جهش شود، ناحیه جهش یافته نمی‌تواند زیاد تغییر کند چراکه دیگر قادر به تولید پروتئین مناسب نخواهد بود. نیاز به تولید پروتئین موجب می‌شود که آن توالی از حروف تکراری حذف نشود بلکه تا آنجا جهش میابد که تکرار ناپدید شود؛ و این منجر به تشکیل "نقطه داغ جهشی" می‌شود که در بین نواحی پایدار از دی‌ان‌ای قرار دارد.

(توضیح مترجم: نواحی از دی‌ان‌ای که دارای تعداد زیادی حروف تکراری هستند در هنگام تکثیر مستعد خطا هستند چراکه ماشین سلولی در جفت کردن رشته‌ها خطا می‌کند. در اینجا مکانیزم‌های کنترلی درون سلولی وارد عمل شده و تغییراتی در ناحیه‌ای که اشتباه جفت شده است ایجاد می‌کنند تا پروتئین مورد نیاز تولید شود. بدین دلیل است که نرخ جهش در محدوده این نواحی بالاست و این تغییرات را نمی‌توان محصول تصادف نامید)

نیروهای غیر تصادفی

محققان در پژوهش جدید خود تمام توالی‌های دی‌ان‌ای که تحت انتخاب مثبت قرار داشتند را مطالعه کردند و دریافتند که ۹۷ درصد از این نواحی در مجاورت رشته‌ای از حروف تکراری قرار دارند. گاروین همچنین دریافت که ۶۰ درصد از آن نواحی از دی‌ان‌ای که معمولا دچار جهش می‌شوند ولی تحت انتخاب مثبت نیستند نیز در مجاورت خود رشته‌ای طولانی از حروف تکراری دارند. بنابراین به گفته گاروین، اکثر جهش‌ها، و یا حداقل آن‌هایی که در این پژوهش مورد مطالعه قرار گرفتند، در نهایت تصادفی نیستند بلکه محصول دو نیروی متضاد هستند که عبارتند از : جفت شدن اشتباهی در هنگام تکثیر و نیاز به حفظ کاربرد پروتئین.

این یافته‌ها می‌توانند توضیح دهند که چرا فرگشت سریعتر از آن رخ می‌دهد که بتوان با جهش‌های کاملا تصادفی آنرا توجیه کرد. توالی‌های تکراری ممکن است برای فرگشت ضروری باشند.

مترجم: امیر رحمانی
برچسب‌ها:
Slip-strand mis-Pairing
Mutational Hot Spot

‏https://www.livescience.com/48103-evolution-not-random.html