هجوم ویرانگر مارهای درخت قهوهای به جزیره گوآم همواره یکی از بزرگترين معماهای زیستمحیطی برای دانشمندان بوده است. اکنون پژوهشگران با استفاده از تکنولوژیهای پیشرفته توالییابی دیانای، راز بقای شگفتانگیز این خزندگان را کشف کردهاند؛ تنوع ژنتیکی پنهانی که به این گونه مهاجم کمک کرد تا با وجود پیشینه درونزادگی شدید، به سرعت در این منطقه تکثیر شود.
مار درخت قهوهای (Boiga irregularis) که در اصل بومی استرالیا و اقیانوس آرام جنوبی است، به یکی از شناختهشدهترین و مخربترین گونههای مهاجم در جهان تبدیل شده است. این خزندگان احتمالاً پس از جنگ جهانی دوم و با پنهان شدن در هواپیماهای باری نظامی، راه خود را به گوآم باز کردهاند. ورود آنها عواقب بومشناختی فاجعهباری به دنبال داشت؛ طی سالها، این مارها بسیاری از پرندگان جنگلی بومی گوآم را به طور محلی منقرض کردهاند و با بالا رفتن از تیرهای برق و تجهیزات الکتریکی، سالانه موجب صدها قطع برق میشوند. تراکم جمعیت آنها در برخی بخشهای این قلمرو ایالات متحده حتی به 30 هزار مار در هر مایل مربع نیز رسیده است.
تضاد میان گلوگاه ژنتیکی و رشد انفجاری جمعیت
تا به امروز، منشأ تکامل و بقای این مارها زیستشناسان را حیرتزده کرده بود. بر اساس مشاهدات، جمعیت فعلی این مارها در گوآم تنها از چند مار پایهگذاری شده است. در حالت طبیعی، چنین جمعیت محدودی باید یک گلوگاه ژنتیکی شدید ایجاد میکرد. با کاهش تنوع ژنتیکی، پدیده درونزادگی معمولاً توانایی یک گونه را برای سازگاری با محیط جدید کاهش داده و رشد سریع جمعیت را غیرمحتمل میسازد.
اما مطالعه جدیدی به رهبری دانشگاه بوفالو که نتایج آن در نشریه علمی Science Advances منتشر شده، پرده از حقیقتی متفاوت برداشته است. بررسیها نشان میدهد که مارهای درخت قهوهای دارای تنوع ژنتیکی بسیار گستردهتری نسبت به آن چیزی هستند که تا پیش از این تصور میشد.
توالییابی پیشرفته و تغییرات ساختاری دیانای
محققان با همکاری سازمان زمینشناسی ایالات متحده (USGS)، از فناوری پیشرفته توالییابی با خوانش طولانی (Long-read sequencing) برای بررسی بخشهای وسیعی از ژنوم این مار استفاده کردند. آنها موفق به کشف بیش از 19 هزار تنوع ساختاری (Structural Variants) شدند که شامل بخشهایی از دیانای بود که کپی شده، حذف گردیده یا بازآرایی شده بود. جالب توجه است که بسیاری از این تنوعها دقیقاً در ژنهای مرتبط با سیستم ایمنی و حس بویایی متمرکز بودند.
این تنوع پنهان به خوبی توضیح میدهد که چگونه جمعیتی که از مشتی مار ایجاد شده بود، توانست از فشار درونزادگی جان سالم به در برد، با محیط گوآم سازگار شود و به این شکل چشمگیر گسترش یابد. تروور کرابنهفت (Trevor Krabbenhoft)، دانشیار گروه علوم زیستی دانشگاه بوفالو و نویسنده مسئول این مقاله، در این باره میگوید:
«مار درخت قهوهای شاید به معنای واقعی کلمه متنوع نباشد، اما منابع بسیار مهمی از تنوع ژنتیکی را در خود جای داده که تا به حال به شدت دستکم گرفته شدهاند.»
پیامدهای فراتر از گوآم؛ ناامیدی برای مهار و امید برای نجات
این کشف میتواند برای سازمانهایی که دهههاست در تلاش برای مهار جمعیت این خزندگان در گوآم هستند، پیام ناامیدکنندهای داشته باشد. انعطافپذیری ژنتیکی بیشتر به این معناست که گونه مهاجم بسیار تابآورتر و مقاومتر از تخمینهای پیشین عمل کرده است. با این حال، نتایج این تحقیقات میتواند امید تازهای برای گونههای در danger of extinction (در معرض انقراض) با جمعیتهای کوچک و به شدت درونزاد ایجاد کند.
کریستوفر آزبرن (Christopher Osborne)، زیستشناس آبزیان و نویسنده اول این مطالعه معتقد است: «ممکن است گونههای در حال انقراض انعطافپذیری بسیار بیشتری در ژنهای خود داشته باشند تا آنچه ما درک میکنیم. ما اکنون در حال دستیابی به یک درک بهتر از منابع ناشناخته تنوع ژنتیکی هستیم که میتواند توضیح دهد چگونه برخی از گونههای درونزاد همچنان توان واکنش به محیط پیرامون خود را دارا هستند.»
بخش عمدهای از اطلاعات فعلی ما درباره تنوع ژنتیکی از مطالعه تغییرات در جفتبازهای منفرد دیانای (مانند تغییر A به G یا T به C) به دست آمده است. ابزارهای اولیه توالییابی عمدتاً برای شناسایی همین تغییرات ریز طراحی شده بودند و در شناسایی تفاوتهای ساختاری بزرگ ناتوان بودند. تکنولوژی خوانش طولانی به دانشمندان اجازه میدهد تا قطعات بسیار بزرگتر و پیوستهای از دیانای را بررسی کنند و این پازل تکاملی را با دقت بالاتری تکمیل نمایند.
