مشروع عالمي لإعادة بناء النباتات الطبية والنظم البيئية القديمة باستخدام تقنيات تسلسل الحمض النووي والذكاء الاصطناعي

12 نوعا فقط من النباتات المزهرة تنقذ الإنسان من المجاعة من أكثر من 350 ألف نوع

هناك أكثر من 350 ألف نوع من النباتات المزهرة على الأرض، لكن 12 منها فقط هي التي تنقذ الإنسان من المجاعة.

نوعان من كل 5 أنواع نباتية من المحتمل أن ينقرضا في المستقبل القريب بسبب استخدام الأراضي والتغيرات المناخية التي يسببها البشر.

وقال تشارلز ديفيس، أستاذ علم الأحياء العضوي وأمين النباتات الوعائية في المعشبات والمكتبات بجامعة هارفارد: “نحن لا نعرف الكثير عن معظم أنواع النباتات “، “وتبدو هذه الفجوة المعرفية واسعة بشكل متزايد لأن الأنواع تختفي بسرعة.”

الوصول إلى الأعشاب ومجموعات التاريخ الطبيعي

وأوضح، في السابق، كانت دراسة مجموعات مثل المعشبات هي مسعى العلماء الأفراد سعيًا إلى فهم أفضل للتصنيف، الآن، وبفضل علم الجينوم والرقمنة، يمكن لفرق من الباحثين الذين يعملون بشكل تعاوني في جميع أنحاء العالم الوصول في الوقت نفسه إلى الأعشاب ومجموعات التاريخ الطبيعي الأخرى لمعالجة أسئلة كبيرة، مثل ما إذا كانت الطبيعة قادرة على الصمود في مواجهة ارتفاع درجات الحرارة في العالم بسرعة، وسيضيف مشروع مبتكر في جامعة هارفارد إلى هذا الجهد، وخاصة فيما يتعلق بالنباتات ذات الأغراض الطبية.

معشبات جامعة هارفارد

وقال ديفيس: “إن فهم ماهية الأنواع وأين تعيش يظل أمرًا أساسيًا للمعرفة البيولوجية، ولكن في مواجهة تكثيف استخدام الأراضي والتغيرات المناخية، فإننا نستخدم الآن مجموعات الأعشاب بعدة طرق جديدة ومهمة”.

من بين 450 مليون عينة موجودة في حوالي 3000 معشبة حول العالم، يمكن العثور على أكثر من 5 ملايين عينة في الخزانات المعدنية في مبنى من الطوب مكون من أربعة طوابق في شارع ديفينيتي المعروف باسم معشبات جامعة هارفارد، حيث يشرف فريق من الباحثين والمحفوظات تنظيمها ورقمنتها.

قام مكتب تطوير التكنولوجيا بجامعة هارفارد مؤخرًا بتنسيق اتفاقية بحثية مدتها ثلاث سنوات مع LVMH Recherche وParfums Christian Dior وHarvard ، والتي ستدعم التحليل الجيني ورقمنة مجموعات النباتات الطبية في مختبر ديفيس في Herbaria بجامعة هارفارد.

نُشرت ورقة بحثية حول المشروع الممول حديثًا في 26 فبراير في مجلة Current Biology، وقال ديفيس: “إننا ننتج موارد هائلة للتعامل مع أنواع الصور الكبيرة من الأسئلة التي تتعلق بهذه النباتات المهمة للاستخدام البشري، والتي كانت أساسية للتوسعات البشرية والمسارات الثقافية”.

وذكر ديفيس “لقد قمنا بتطوير طريقة جديدة لأنواع “التشفير الشريطي”، والتي تستفيد من هذه العينات وتقنيات تسلسل الحمض النووي المتطورة، بالإضافة إلى الذكاء الاصطناعي لتحسين التعرف على النباتات الطبية في هذا المجال، وستسمح عملية الرقمنة للباحثين بالقيام بكل شيء بدءًا من إعادة بناء النباتات الطبية، النظم البيئية القديمة واستهداف مسببات الأمراض المجهرية الغازية التي تؤثر على الزراعة لوصف الأنواع الجديدة.”

معشبة وصفية عالمية للبيانات الضخمة

عندما أدار ديفيس المقبض المضغوط على إحدى الخزانات، التي من المحتمل أن تحتوي على زنابق الماء الموجودة في نيو إنجلاند مثل أفرامموم أنجوستيفوليوم (الهيل البري) الذي ينمو في أفريقيا ومدغشقر، كان متحمسًا كما كان قبل 30 عامًا عندما دخلت لأول مرة إلى المعشبة في جامعة ميشيجان.

وأوضح “لقد عملت مع مجموعات الأعشاب لفترة طويلة، وبشكل أساسي، كان استخدامها الرئيسي هو تخزين سجل دائم لأنواع النباتات التي نتشارك معها الكوكب وفهم المكان الذي يعيشون فيه. ولا يزال هذا مهمًا حقًا، “ولكن يمكن الآن استخدام هذه المجموعات بمجموعة متنوعة من الطرق التي تجيب على الكثير من الأسئلة المتعلقة بالحفظ، وعلم الجينوم، والكيمياء الحيوية، والعديد من الأسئلة الأخرى المتعلقة بالنباتات ذات الاستخدام البشري، وهذه هي، بطرق عديدة، المجالات وهو الأمر الذي أنا الآن متحمس له للغاية، بعد أن قمت بالتدريس في هذا المجال في جامعة هارفارد لما يقرب من عقدين من الزمن”.

ويشير، على سبيل المثال، إلى النباتات الموجودة عادة في نيو إنجلاند، والتي ترتبط أوقات ازدهارها ارتباطًا وثيقًا بارتفاع درجة حرارة الأرض.

وقال: “عندما يأتي الربيع في وقت مبكر، تبدأ هذه النباتات في الإزهار في وقت مبكر، ولكن بالنسبة للغالبية العظمى من أنواع النباتات التي تنمو في أجزاء أخرى من العالم – وخاصة في المناطق الاستوائية – ليس لدينا أي فكرة عن كيفية استجابتها لظاهرة الاحتباس الحراري. وبالتالي، ماذا “ما كنا نحاول القيام به هو جلب التعهيد الجماعي والتعلم الآلي لجمع هذه البيانات ودمجها في “معشبة وصفية عالمية” للبيانات الضخمة”؟

أبدى مساعد البحث ومدير المشروع جاكسون كيهو، والذي كان طالباً في صف ديفيس حول التنوع النباتي، حماسته للمشروع الذي سيحشد مجموعة من الأنواع النباتية الرئيسية من جميع أنحاء العالم، والتي تم استخدامها عبر تاريخ البشرية للأغراض الطبية.

وقال: “لدينا جميعًا أفكار مختلفة حول ما يعنيه أن تكون بصحة جيدة، وكيف يتفاعل نظام الجسم البشري مع النباتات للشفاء من الأمراض، وكان استكشاف ذلك جزءًا مثيرًا للاهتمام من العمل”، “إن الكم الهائل من البيانات التي ننتجها أكثر إثارة، ومع مرور الأسابيع، تتضاعف إمكانيات البحث.”

وأشار ديفيس إلى أنه من بين 35 ألف نوع معروف من النباتات الطبية، لم يتم تقييم معظمها من حيث قيمتها العلاجية بالمعنى الأكثر تقليدية المتمركز في الغرب، “لقد كنت أنا وجاكسون نبحث عن روابط بين دستور الأدوية التقليدي، بما في ذلك ليس فقط كتاب المواد الطبية في أوروبا الغربية، ولكن أيضًا النصوص القديمة من الهند ونصوص أخرى من الصين.

وأوضح “لذا، الفكرة هنا هي أنه إذا كنت في الهند، فيمكنك استخدام النوع X، ولكن في جنوب شرق آسيا، حيث لا ينمو النوع X، يتم استخدام أحد أقربائه بطريقة مماثلة، وبعد ذلك يمكننا البدء في تجميع نوع المناطق التطورية الساخنة للنباتات الطبية.”

40% تسير على المسار السريع نحو الانقراض

قال ديفيس، “ما لا يفهمه معظم الناس هو أن ما لا يقل عن 75% من العالم النامي يعتمد على الأدوية الطبيعية، ومعظمها إما نباتات كاملة، أو أجزاء نباتية، أو مركبات مستخرجة من النباتات، ومع ذلك، على الرغم من أهميتها، ليس هناك الكثير من العلاجات الكبيرة – جهود واسعة النطاق تهدف إلى اكتشاف أدوية جديدة من النباتات أو الأنواع الأخرى.

استخدام العينات الرقمية لبناء نماذج جغرافية وبيئية تطورية سيسمح أيضًا للعلماء بالتنبؤ بكيفية تغير توزيعات الأنواع في ظل سيناريوهات مختلفة لتغير المناخ: “ما مدى أمان الأنواع المهمة التي شكلت المسارات الثقافية والهجرات البشرية، وهل قمنا بشكل كافٍ جمعت وحفظت المادة الوراثية التي ستسمح لنا بمنع الكوارث المستقبلية؟”

وأضاف: “تشكل النباتات المادة الأساسية لجميع أشكال الحياة على الأرض، وتوفر الغذاء والمأوى والدواء للإنسان وعدد لا يحصى من الأنواع الأخرى، لكن 40% منها تسير على المسار السريع نحو الانقراض”، “لم نحصل على جميع النتائج بعد، لكن أعتقد أننا قمنا بعمل سيئ جدًا في حماية العديد من هذه الأنواع المهمة.”