“El Huerto Evolutivo” (2): Copa de vino y tapita de evolución البُستان التطوريّ (2): تطوّر العنب Evolution of grapes

مشروب الآلهة اليونانيّة

تستمر مشروبات ديونيسوس وباخوس بفضل استمرار تخمير عصير العنب أو ثمرة الدالية.

الإسم العلمي لهذا النبات، هو: Vitis vinifera subsp. Vinífera

وينتمي الى العائلة الكرمية التي تضمّ اكثر من 1000 نوع حيّ من النباتات التي تعيش بمناخ مداري أو تحت مداري، وتنمو كعرائش. بدأ تدجين هذا النبات منذ 8000 عام، ومن وقتها، وجَّهَ الإنسان تطوره عبر الإنتقاء الصناعي. مع هذا، تعود بدايات ظهور هذا النبات إلى زمن أبعد بكثير مما تتسع له ذاكرة النوع البشريّ.

نوع عنب Vitis vinifera ssp بوضع صالح للقطاف

عرض أوّلي

بمقارنة هذا النوع مع أنواع أخرى، فلديه جينوم متواضع نسبياً، حيث يمتلك بين 475 و500 مليون من أزواج القواعد فقط، ودون الذهاب بعيداً، في جينومنا البشري 3000 مليون زوج قواعد، وفي جينوم القمح 16000 مليون زوج قواعد. ففي هذا النوع من العنب، يتكون الجينوم من 19 زوج من الكروموزومات وبشكل مضاعف، فكل زوج من الكروموزومات لوحده، وبذلك، لا تحضر حالة تعدّد للمجموعات الصبغية و تعدد للمجموعات الصبغية الغيريّة وغيرها من الحيل الجينية.

تمثيل الأجزاء المختلفة بجسم شجرة هذا النوع من العنب

سجّل العام 2007 علامة فارقة بالنسبة للدارسين، للمُنتجين، للتجار، لعشّاق النبيذ، فقد سَلْسَلُوا جينوم نوع العنب هذا، وهو الجينوم الرابع بتسلسله لنبات زهريّ، والجينوم الثاني لنبات خشبيّ والجينوم الاول لنبات ثمريّ.

قاعدتان نباتيتان من ثلاث، فالأمر ليس سيئاً.

طابق تحليل جينومه ما عُرِفَ سابقاً، فلا وجود لأية ظاهرة حديثة لتعدد المجموعات الصبغية. ما قوله، خلال الملايين الأخيرة من الأعوام، ولا سلف من أسلاف نوع العنب هذا ، قد وُلِدَ اعتباراً من تضاعف جينوم نوع سابق. لكن، قلنا "حديثاً" و "الملايين الأخيرة من الأعوام". المفاجأة، أنّ هذا قد حدث، عندما "رجع" علماء الوراثة أبعد بكثير من ذاك الزمن.

لقد رأينا سابقاً بأنّه لدى تعدد المجموعات الصبغية الغيريّة وتعدد المجموعات الصبغية القدرة على توليد أنواع جديدة خلال زوج من الأجيال. تشكل تلك الحالة عودة التفافية أكثر. جينوم الدالية هو نموذج اسمه paleohexaploide وهو عبارة عن مصطلح مركّب يعني حرفياً "مجموعة كروموزومات (-ploidía) سداسيّة (-hexa-) وقديمة جداً (paleo-)". يمكننا قوله بطريقة أخرى، عبارة عن نبات، ظهرت أسلافه البعيدة بفضل تثليث جينوم نوع سابق.

"العلم الاحاثيّ الجيني Paleogenetics". عودة نحو الماضي

من الطبيعي أن يُشكّك أي شخص بهذه النماذج من التأكيدات. ليس لدينا جهاز زمن يدوي، فنحن نعرف أو ربما نعرف، فيما لو توجد قاعدة في عالم العلم، ستتمثّل بترك الماضي لندبات أو لآثار يمكن دراستها في الوقت الحاضر. والمادة الوراثية الجينية ليست استثناء بهذا الصدد. قَبِلَ علماء الوراثة او الجينات، بهذا المضمار، الإتجاهات العامة لظواهر تعدد المجموعات الصبغية في النباتات، ولذلك، ركّزوا بحثهم على مناطق متناددة.

مناطق التنادد من الكروموزومات (الكروموزوم، يعني بالعربية الصبغيّة، التي هي قطعه من الخيط الصبغي الذي يظهر في نواة الخلية أثناء إنقسام تلك النواة. وعدد الصبغيات واحد في كل نوع نباتيّ . قاموس المورد إسباني عربي).

جدول يبين منطقة تنادد. في الأعلى، كروموزوم أصلي، في الوسط، حصول تضاعف في الجين، في الأسفل، تراكم الطفرات وتشكّل منطقة تنادد

منطقتا تنادد "منطقتان غنيتان في الجينات المتشابهة، حاضرتان ضمن ذات الجينوم". تتشكلان بفضل تضاعف داخلي للجينات والتراكم اللاحق للطفرات. بفضل تآلف الحادثتين، تتميز منطقتا التنادد بذاتهما، ما يشكل طابع هويّة ذاتيّة. بحيث تنحدر منطقة تنادد A فقط من منطقة تنادد أخرى A سلف.

لكن، فيما لو تكن تلك "المناطق الغنية بجينات متشابهة" والحاضرة "ضمن ذات الجينوم"، والتي كانت "في جينومات مختلفة" فإننا نتحدث عن مناطق منضبطة. تكمن منطقية أهميتها نسبة لمناطق التنادد بكونها هي ذاتها، الامر الوحيد المُختلف هو سياقها.

حسناً، ستقولون "لكن، هذا لا يقول لنا شيء عن كيفية السفر (أو الرجوع) في الزمن".

عندكم حقّ، يتوجب علينا التقدّم خطوة أكثر. ثبّتوا نظركم في الرسم البياني التالي:

رسم توضيحي للفارق بين مناطق التنادد والمناطق المنضبطة

كما قلنا سابقاً، بسبب تعقيدها، سواء مناطق التنادد أو المناطق المنضبطة، فهي تعبر عن طابع هوية ذاتية، وهناك حاجة لحضور صيغة قرابة.

وفق هذا الامر، فيما لو نعثر على منطقة منضبطة في نوع A وذات المنطقة المنضبطة في نوع B ، فهذا يعني امتلاك النوعين A و B لسلف مُشترك، قد حمل تلك المنطقة المُنضبطة أيضاً.

وما الذي يحدث فيما لو نعثر على منطقة تنادد في الكروموزوم A وذات منطقة التنادد في الكروموزوم B؟

بحسب الاستنتاج السابق، فكروموزومات A و B متصاهرة (لديها قرابة)، مع ذلك، يوجد فارق نسبة للوضع الداخليّ، فكروموزومات A و B ليست متصاهرة فقط، بل هي ذاتها.

أيّ نموذج من الظواهر نعرف، ويمكنه إعطاء الأصل لزوج من الكروموزومات المتساوية بذات الفرد؟

فعلياً، لدينا نموذج تعدد الصيغ الصبغية polyploidy، وبهذا نمتلك الندبة (الأثر) التي نبحث عنها لإنجاز سفرنا عبر الزمن.

من المفترض وجود "عقبة" في الإستدلال السابق. حيث يوجد في الكروموزومات عناصر مثل الينقولات والمعروفة تحت اسم "جينات قافزة"، وهي عبارة عن تعاقبات من الدي ان اي، تنسخ بسهولة كبيرة وتقفز من جانب لآخر من الجينوم، داخلة بأي جانب، تقريباً، مع قدرة كليّة على الإفلات، مما يمكنها من نقل مقاطع مستقيمة من الجينات في طريقها. لهذا، تمتلك القدرة على نسخ ونقل مناطق تنادد أيضاً.

إذاً، كيف يمكن حلّ هذه المشكلة؟ الجواب آتٍ، لا تستعجلوا!!

لندخل الآن بعمق في موضوعنا.

ما الذي رآه علماء الوراثة، عندما درسوا جينوم الدالية المزروعة؟

تأمّلوا بالصورة التالية، وبالتفاصيل بالإجمال:

ترتيب مناطق التنادد في مختلف الكروموزومات

تُشير الألوان لمناطق التنادد بين الكروموزومات الأكثر تمثيلاً في الدراسة

مثلما ترون، يحتوي كل كروموزوم، على الأقلّ، زوج من مناطق التنادد. ويتمثَّل كل زوج من تلك المناطق، حصرياً، بثلاثة كروموزومات مختلفة، ولا واحد أكثر ولا واحد أقلّ (إلا بحالات استثنائيّة). هو كرؤية مجموعة n كروموزوم مضروبة ب 3. ومن جانب آخر، من الصعب تفسير هذه الدقّة عبر فعل صِرْف متمثل "بعناصر وثّابة أو جينات قافزة".

مقارنة بين النواة الخلويّة البشرية H والنواة الخلويّة للشمبانزي C ، لاحظوا الإرتباط الجيد بين الأشرطة.

لهذا، لا يصعب الإستنتاج، بناءاً على ما تقدَّم، بأنّ جينوم الدالية، للآن، يحتفظ بندبات (المقصود بآثار قديمة)، في الماضي، مثَّلَ جينوماً متعدد المجموعات الصبغية قديم جداً، تحديداً نوع سداسي الجينومات، بوصفه ثمرة تثليث جينوم لسلف اقدم اكثر. (يعني سداسي الجينومات hexaploide حرفياً كائن ذو 6 جينومات ومن هنا نفهم معنى التثليث: 2.3 .. اقتضى التنويه فينيق ترجمة).

إلا أنه يتبقى بعض الأشياء المحتاجة للتوضيح.

مثل، كيف يُعرف بكونه قديم؟ وفيما لو يكن جينوم ثلاثيّ (مُضاعف ثلاث مرات)، لماذا يمتلك 19 كروموزوم وليس 18 أو 21 (من مضاعفات العدد 3)؟

حسناً، يمكن اكتشاف عمره بعدّة طرق.

الطريقة الأولى، عبر نسبة التعديل الكبيرة فيه، فكما رأيتم في الصورة بالاعلى، تتوزع مناطق التنادد على أماكن مختلفة من الكروموزومات، وبعضها معدل حتى، وحتى امتلاكه 19 وليس 18 او 21 زوج من الكروموزومات، هو عبارة عن دليل إضافي على أقدميته.

فلا غرابة بالأمر، يمكن للكروموزومات أن تتغير كثيراً بطول زمن التطور. فهي قادرة على تبادل الجينات، الدوران 180 درجة، الإنقسام، الإندماج .. الخ.

دون الذهاب بعيداً أكثر، تتطابق كروموزماتنا 2 مع كروموزومين للشمبانزي، لكنها مندمجة. نعرف هذا بفضل الإرتباط التام للكروموزومين الحرين للشمبانزي وكروموزماتنا 2.

دليل إضافي آخر، تُولد أقدميّة نوع سداسي الجينومات من مقارنة جينوم الدالية مع جينومات نباتات أخرى، سُلْسِلَت جينوماتها من وقت قريب، مثل:

حور شعري الثمار، رشاد الصخر والأرز الأسيوي

تُثبت فرضية الإنتقال أنّه فيما لو تُحفَظُ مناطق التنادد جيداً، فعند مقارنة تعاقباتها مع تعاقبات تلك النباتات، فيجب أن تُعطي النتائج التالية:

أولاً: مع نباتات نوع سداسي الجينومات قديمة، سيُوجب حدوث الإصطفافات بين المناطق وظهور طبقة في الدالية مقابل كل منطقة في النباتات الأخرى (نموذج 1:1).

ثانياً: مع نباتات ليست من نوع سداسي الجينومات القديمة، سيُوجب حدوث الإصطفافات بين المناطق وظهور 3 طبقات في الدالية مقابل كل منطقة في النباتات الأخرى (نموذج 1:3).

يُشير هذا لأنّ نوع سداسي الجينومات السلف لداليتنا، قد ظهر فقط في الفترة الواقعة بين انشطار النباتات إلى أحاديات الفلقة وثنائيات الفلقة (بين 130 الى 240 مليون عام) وظهور السلف المُشترك، للحور شعري الثمار ورشاد الصخر والدالية، يعود إلى الفترة الممتدة بين (106 الى 112 مليون عام).

دعمت دراسات لاحقة حول كاسيات البذور النموذج الأخير.

نتائج جينية وراثية لظهور النوع سداسي الجينومات الأصلي. تمثل النجوم في الرسم حوادث التضاعف الجيني.

التدجين وتبعاته

ها نحن نعرف بأن حوادث قد جرت منذ زمن قصيّ، زمن أسلاف الدالية (الكرمة، شجرة العنب .. كما تريدون).

لكن، ما الذي حصل في العشرة آلاف عام الأخيرة؟

نعثر في هذه الحقبة الحديثة على السلف المُباشر والبريّ للدالية المزروعة، اسمه العلمي هو: Vitis vinifera ssp. Sylvestris.

هو نوع غير مُختلف عن نوع Vitis vinifera ssp. Vinífera، فهما نوعان فرعيان.

مثال من نوع دالية Vitis vinifera ssp. Sylvestris

وما الذي يعنيه: نوع فرعيّ؟

بكلمات قليلة، عبارة عن جماعات من نوع حيّ معين، قد اكتسب مستوى ملموس من الاستقلال الوراثي، وبهذه الصيغة، فهي جماعات في منتصف طريق التحوّل إلى نوع حيّ مستقل. في حالتنا، النوع Vitis vinífera عبارة عن "نوع في منتصف الطريق لينقسم الى نوعين" نوعين مختلفين من الدوالي.

بالتأكيد، الفروقات بين النوع البريّ والمزروع واضحة، كما في الشكل التالي:

الفرق بين الدالية المزروعة (يسار الصورة) والدالية البرية (يمين الصور)

كل هذه الفروقات أو التغيرات، الظاهرة للبعض والغامضة للبعض الآخر:

هي تأثيرات بضع آلاف من السنين من التدجين والإنتقاء البشريّ لها.

النوع البرّي، بوقتنا الراهن، نادر جداً. عُثِرَ عليه في ألمانيا، النمسا، إسبانيا، فرنسا، إيطاليا، رومانيا، سويسرا وبلدان أوروبية أخرى، وباكثر الاحوال، عُثِرَ على عينات قليلة من المعتاد تهجينها مع النوع الفرعي المزروع. توجد نماذج في جورجيا، إيران وتركيا، والتي من المفترض أنها المناطق الأساسية لأصل هذا النوع من النباتات.

طقس شرب النبيذ في احتفالات اليونان القديم

فعلياً، تعود أوائل الأدلة على بذور مُدجَّنة وإنتاج للنبيذ، لحوالي 8000 عام قبل تاريخنا الحاضر في منطقة جورجيا، إيران وتركيا. انتشرت زراعة هذا النبات سريعاً فوصل الى مصر، الهلال الخصيب وأوروبا المتوسطية، قبل نهاية الألف الخامسة قبل تاريخنا الحاضر. كيف لا، وقد برع اليونانيون في صناعة النبيذ منذ 6500 عام قبل تاريخنا الحاضر، وعندهم، ظهر الإله ديونيزوس، أحد أفضل الآلهة التي صنعها العقل البشريّ.

يتحدث بعض الباحثين عن حادثي تدجين:

الأول في الهلال الخصيب؛ والثاني في أوروبا الغربية. ففي أواخر قرون الألفية الثالثة قبل تاريخنا الحاضر، بلغت شعبية النبيذ أوجها بوصوله إلى الصين واليابان. فتحوّل النبيذ من وقتها لصديق كبير للإنسان.

بلغت شعبيّة النبيذ في وقتنا الراهن أقصى مدى، حيث يوجد علم متخصص بدراسة تحضير النبيذ، هو علم الأَنْبَذَة أو الخمر، ولدينا فن زراعة العنب، وعلم أحياء العنب والدوالي والتي تحولت الى عوالم خاصة قائمة بذاتها.

ربما واحدة من الروابط "نمط جيني – نمط ظاهريّ" لأفضل عنب معروف، هو ما يفسّر أصل تنوع ألوانه.

كما هو مفترض، فتعرفون أنواع عنب ذات لون أسود، بنفسجي، زهري، أبيض وتدرُّجاتها اللونية المختلفة.

ومن المثير أن هذا الأمر مضبوط، بالكاد، من قبل جين واحد اسمه: VvmybA1، عبارة عن منظّم للتوليف الأحيائيّ لبضع أخضاب، إسمها أنثوسيان.

فلكي يظهر اللون يحتاج قليل من الحيل الجينية.

تُعطي بضعة تغيرات، في المنطقة المحفزة لهذا الجين، المجال لظهور ألوان فاتحة وزهرية، الامر الذي يسهل تفسيره، حيث تقوم المناطق المحفزة بضبط تعبير الجين بصيغة أنّ أيّ تغيّر فيها، يمكن أن يدفع الجين للتعبير بشكل أقلّ. في حالتنا، يُسبّب تعبير أقلّ بظهور أصباغ أقلّ، وبالتالي، سيصير لون العنب فاتحاً أكثر.

من الذي قال بأنّ كل الطفرات سلبيّة؟

من جهته، اللون الأبيض عبارة عن ميزة متنحيّة، ما يجعل تنوعات اللون الأبيض هو تماثل الألائل بالنسبة لأليل "أبيض"، وكيف يُولد مثل هذا الجين؟

هل تتذكرون الينقولات التي تحدثنا عنها أعلاه؟ "الجينات القافزة"؟

فتظهر، عند إدخال "جين قافز" يسمى Gret1 في المنطقة المحفزة لجين VvmybA1، حالة إعاقة لتعبيره (لقدرته على التعبير)، الأمر الذي يقلل من الأصباغ بالنهاية، ما يؤدي لحصولنا على العنب الابيض.

وهو يفسّر سبب تنحي هذا الأليل؛ وما إن يتمكن الأليل من التعبير، ليبدأ العنب بمراكمة الأصباغ، لنحصل على الألوان الغامقة سيما اللون الأحمر والأسود حتى.