ما العلاقة بين درجات الحرارة وحجم الكائنات الحية؟.. دراسة تكشف أثر التغيرات المناخية على الأسماك البحرية

كتبت أسماء بدر

كشفت دراسة جديدة أثر التغيرات المناخية القديمة التي حدثت منذ قرابة 100 مليون عام على تطور حجم أجسام الأسماك البحرية، وتدعم صحة قواعد تطور الكائنات الحية نتيجة تلك التغيرات، حيث تميل إلى زيادة الحجم عبر الزمن التطوري بينما يزيد حجم بعضها مع برودة الجو لفترات زمنية كبيرة.

هدفت الدراسة التي نُشرت في مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية، إلى التعرف على أنماط تطور حجم الجسم فيما يتعلق بأحداث المناخ القديم في الحرارة الخارجية باستخدام أسماك رباعي الأسنان كنموذج كليد، وتناول الأسئلة التالية: هل التغيرات المناخية القديمة مرتبطة بالتغير في حجم الجسم رباعي الأسنان؟ وإذا لوحظ وجود علاقة بين المناخ القديم وحجم الجسم، فهل تتبع الأشكال الرباعية للأسنان نظرية كوب-بيرجمان؟ بمعنى، هل يرتبط تطور حجم أجسامهم بمنحنى درجة الحرارة القديمة،حيث تتطور أشكال رباعي الأسنان نحو حجم أكبر للجسم خلال فترات تبريد المناخ؟.

وللإجابة على هذه الأسئلة، قدّر الباحثون نسقًا مُعايرًا زمنيًا لأشكال رباعي الأسنان باستخدام مناهج تأريخ كاملة الأدلة تجمع بين البيانات على مستوى الجينوم من الأنواع الموجودة مع مصفوفة مورفولوجية مشفرة من كل من الأنواع الأحفورية والباقية، ودمج بيانات طول الجسم وسجلات درجات الحرارة القديمة التي امتدت على مدى 100 مليون سنة الماضية في سلسلة من التحليلات الملائمة للنموذج التطوري، ويفترض مؤلفو الدراسة أن التطور رباعي الأسنان كان مدفوعًا بالتغيرات السابقة في درجات الحرارة، وأن حجم الجسم مرتبط بشدة بالمناخ الماضي.

درجات الحرارة وحجم الكائنات

حجم الجسم هو سمة مهمة من سمات الأنواع، ويرتبط بطول العمر والخصوبة وعوامل بيئية أخرى، وعلى مدار التاريخ الجيولوجي للأرض، حدثت تحولات مناخية مما يحتمل أن يشكل تطور حجم الجسم في العديد من الفروع، وتتضمن القواعد العامة التي تحاول تلخيص تطور حجم الجسم وفقًا للدراسة، في قاعدة بيرجمان، التي تنص على أن الأنواع تصل إلى أحجام أكبر في البيئات الأكثر برودة وأحجامًا أصغر في البيئات الأكثر دفئًا.

بينما تطرح قاعدة كوب، أن السلالات تميل إلى الزيادة في الحجم بمرور الوقت التطوري، وتوفر الأسماك رباعية الأسنان بما في ذلك الأسماك المنتفخة وسمك الصندوق وسمك شمس المحيط، كليدًا استثنائيًا لاختبار هذه القواعد في نظرًا لسجلها الأحفوري النموذجي والتفاوت الكبير في حجم الجسم الملحوظ بين الأنواع الموجودة والأحفورية.

وفحص مؤلفو الدراسة، قواعد بيرجمان وكوب في هذه المجموعة من خلال الجمع بين البيانات التطورية (1،103 مواقع exon من 185 نوعًا موجودًا) مع 210 سمة تشريحية مشفرة من كل من الأحافير والأنواع الموجودة، بالإضافة إلى تجميع طبقات البيانات حول المناخ القديم وحجم الجسم من الأنواع التي تم فحصها، واستنتجت الدراسة مجموعة من السلالات التي تم معايرتها بمرور الوقت باستخدام مناهج التأريخ التلميح للتحليلات المقارنة لتطور حجم الجسم من خلال تنفيذ النماذج التي تتضمن معلومات المناخ القديم.

ووجد الباحثون دعمًا قويًا لنموذج مدفوع بدرجة الحرارة يرتبط فيه زيادة حجم الجسم بمرور الوقت بانخفاض درجات حرارة المحيطات، وفي المتوسط، تكون الأشكال الرباعية للأسنان الموجودة أكبر بمرتين إلى ثلاث مرات من نظيراتها الأحفورية، والتي تطورت بطريقة أخرى خلال فترات ارتفاع درجات حرارة المحيطات.

الإطار البحثي للدراسة

في إطار الأدلة الكلية التي تجمع بين مجموعة بيانات تستند إلى 1103 علامة نووية و210 حرفًا مورفولوجيًا، استخدم الباحثون تحليلات وقت الاستدلال والتباعد البايزية لتوليد أكثر تطور سلالات رباعي الأسنان اكتمالًا حتى الآن، وباستخدام المنهج وأخذ عينات تصنيفية شاملة تضمنت كلاً من التسلسلات التي تم إنشاؤها حديثًا والمتواليات المنشورة مسبقًا لإجمالي 185 موجودًا من 450 تقريبًا و52 تصنيفًا أحفوريًا، بالإضافة إلى ذلك، اختبر الباحثون طرقًا أخرى للاستدلال الوراثي مثل أقصى احتمال قائم على التسلسل (ML) ونهج اندماج ملخص متعدد الأنواع ، مواضع التطور الوراثي مستقرة بشكل ملحوظ ومتطابقة مع الدراسات الجزيئية السابقة للمجموعة التي أجريت قبل ظهور مجموعات البيانات الجينومية، مما يدعم أحاديًا لجميع العائلات والفروع السبعة الرئيسية.

ولمراعاة عدم اليقين الزمني للتطور والتباين في التحليلات المقارنة النهائية، حلّل مؤلفو الدراسة خمس مجموعات فرعية جينومية مستقلة وغير متداخلة إلى حد كبير، لكل منها عدد كافٍ من الجينات لتقليل خطأ أخذ العينات، يتناقض هذا النهج مع الطريقة التقليدية لتحليل الأشجار التي تم الحصول عليها من التوزيع الخلفي البايزي، والذي يتم تقديره عادةً باستخدام محاذاة متسلسلة مع عدد ضئيل من الجينات.

وبعد تطبيق المنهج وأخذ العينة، ذهب أعلى دعم إلى نموذج التطور المدفوع بالمناخ باستخدام منحنى متوسط درجة حرارة سطح البحر العالمي،Akaike (AICw) بوزن يبلغ 0.999، ونظرًا لوجود اتجاه عالمي نحو انخفاض درجات الحرارة على مدار التاريخ التطوري لرباعي الأسنان (أي من أواخر العصر الطباشيري حتى يومنا هذا)، فقد يكون من الصعب فصل تأثيرات درجة الحرارة وفقًا لقاعدة بيرجمان، عن العمليات الأخرى التي قد تكون مرتبطة بها زيادة أحجام الجسم بحسب قاعدة كوب، حيث لا يمكن تمييز الأنماط التي تولدها أي من القاعدتين عن بعضها البعض.