ماذا تعلمنا الأزهار عن التكيف مع البيئات التي غيرها الإنسان؟

يمكن أن يكون تأثير البشر على النظم البيئية العالمية شديداً وعلى نطاق واسع ولا يمكن عكسه. لكن الحياة على الأرض تطورت لمواجهة التحديات البيئية على مدى 3.5 مليار سنة الماضية: فهل يمكن لهذه القوى التطورية نفسها أن تساعد الحياة على الأرض في الاستمرار في البيئات التي غيّرها الإنسان؟

أظهر بحثنا الأخير أنه لا يمكن إيقاف التطور أثناء غزوٍ بيولوجي، لكنه يتوقف فجأة بعد قرن من التكيف السريع. قد يكون فهم سبب حدوث ذلك أمراً حيوياً لإدارة التنوع البيولوجي خلال القرن المقبل.

في مواجهة التحديات البيئية، يمكن أن يكون الانتقاء الطبيعي قوة فعالة للتغيير التطوري على المقاييس الزمنية المعاصرة. لقد طورت عصافير جزر غالاباغوس (عصافير داروين) مناقير بأحجام مختلفة لتتغذى على مصادر البذور المتغيرة، كما أصبح سمك القد ينضج باكراً بعد تعرضه للصيد المفرط، بينما باتت نباتات "عود الريح الأرجواني" (purple loosestrife) تزهر في وقت مبكر استجابةً لقصر موسم النمو في شمال أونتاريو. لكن للتطور حدود.

القيود التطورية

لنحو 20 عاماً، درست كيف تغزو بعض الأنواع بيئات جديدة وتزدهر فيها. وأواصل العمل في جامعة كوينز مع الطلاب والمتعاونين لدراسة التطور السريع في الطبيعة.

أحد الموضوعات الناشئة في هذا العمل هو التفاعل بين الانتقاء الطبيعي والقيود التطورية.

يتطلب التكيف مع البيئات الجديدة متغيرات جينية جديدة. يمكن أن يعزز الانتقاء الطبيعي الجينات التي تعمل على تحسين البقاء والتكاثر. ولكن بدون متغيرات جينية جديدة، سوف يتوقف التطور التكيفي.

القيود التطورية هي السبب في أن الأنواع ذات الصلة تشترك في سمات مشتركة، وهي وراء وجود القنطور وحوريات البحر والتنين في الأساطير فقط؛ حيث لم تكن هناك جيناتٌ تنتج حوافر أو ذيل سمكة لدى البشر، أو أجنحة عند الزواحف الكبيرة. من خلال قصر الخيارات المتاحة أمام الانتقاء الطبيعي، فإن القيود التطورية هي من يقف وراء الانقراض في نهاية المطاف.

من المدهش حقاً كيف أن القيود التطورية لم تحظَ بالدراسة الكافية بالنظر إلى أنها قوة موازنة للانتقاء الطبيعي. لكن هناك طرق تجريبية لدراستها.

دراسات الحدائق النباتية المشتركة

تم استخدام تجربة الحديقة النباتية المشتركة أول مرة منذ 100 عام، لكنها تظل المعيار الذهبي لدراسة الأساس الجيني للتطور السريع.

تنطوي دراسة الحديقة النباتية المشتركة على تنمية الأفراد المتقاربين وراثياً في بيئة موحدة لمراقبة تأثير الاختلافات الجينية على النمو والتطور. في مختبرنا، تكشف تجارب الحدائق المشتركة على نبات عود الريح الأرجواني عن تكامل دقيق بين الانتقاء الطبيعي والقيود التطورية.

تُشتهر نبتة عود الريح الأرجواني (Lythrum salicaria) بزهورها الأرجوانية الجذابة في الأراضي الرطبة التي غزتها في كندا والولايات المتحدة. لقد انتشر هذا النوع على مدى 150 عاماً من ولاية ماريلاند إلى مناطق في أقصى الشمال مثل لابرادور وساسكاتشوان، وجنوباً إلى خليج المكسيك وجنوب كاليفورنيا.

لدى عود الريح الأرجواني، مثل النباتات الأخرى، موارد محدودة يمكن أن يستفيد منها في النمو أو التكاثر. تنتج بعض الجينات نباتات أكبر حجماً، بينما ينتج بعضها الآخر نباتاتٍ تزهر في وقت مبكر،

عادةً ما تكون النباتات التي يُتاح لها المزيد من الموارد أكثر قدرة على المنافسة ويمكن أن تنتج أزهاراً أكثر. ومع ذلك، فإن الموارد الإضافية تُهدر إذا تشكلت الأزهار في وقت متأخر جداً من الموسم، حيث يحدث ذلك عندما تنخفض درجات الحرارة كثيراً ما يعيق عمل المُلقحات وتطور البذور لضمان تمرير الجينات التي تسمح بنمو أكبر حجماً. وبالتالي يؤدي هذا التوازن الدقيق إلى دفع النبات للإزهار في وقتٍ مثالي يتوافق مع التغييرات في طول موسم النمو.

انتشار سريع

إذاً كيف أثر الانتقاء الطبيعي والقيود التطورية على وقت إزهار عود الريح الأرجواني أثناء انتشاره عبر أميركا الشمالية؟ لا يمكننا في الواقع العودة بالزمن إلى الوراء، لكن أرشيف مجموعات التاريخ الطبيعي يوفر ارتباطاً ملموساً بالماضي.

تُحفظ عينات نبات عود الريح الأرجواني المجففة في "فلاور هيرباريوم" -معشبة نباتية- في جامعة كوينز وفي عشراتٍ من مجموعات الأعشاب الطبيعية الأخرى في جميع أنحاء أميركا الشمالية. حيث يُسجل تاريخ وموقع جمع كل عينة محفوظة بعناية.

مستخدمين سجلات الطقس التاريخية، قمنا بإعادة بناء ظروف النمو المحلية لكل عينة للتنبؤ حسابياً بالشكل الذي سيبدو عليه كل نبات إذا ما نما في ظل ظروف نمو متسقة- أي في حديقة مشتركة افتراضية.

مع عدم وجود قيود على مجموعات البذور القابلة للإنبات، سنستخدم الحديقة المشتركة الافتراضية لإعادة بناء 150 عاماً من التطور عبر أميركا الشمالية.

كانت النتائج مذهلة. يتطور الإزهار المبكر بشكل متكرر استجابةً لمواسم النمو الأقصر في جميع أنحاء أميركا الشمالية. ولكن بعد نحو قرن من الزمان، يبدو أن معدل التطور يتوقف متأثراً بالموازنة بين وقت الإزهار وحجم النبات. لوحظ هذا النوع من الجمود أو الركود التطوري أيضاً في سجل الحفريات على مدى فترات زمنية أطول بكثير، ما يشير إلى أن ذلك سمة مشتركة للتطور.

تعتبر القيود التطورية سبباً جيداً للتشكيك في أن التطور سينقذ الأنواع من الانقراض في البيئات المجهدة. لكن القيود أيضاً تجعل التطور أكثر قابلية للتنبؤ، على الأقل على المقاييس الزمنية الأقصر والأكثر ارتباطاً بالحضارة الإنسانية.

إنها ليست سوى البداية، وهذا نوع واحد من بين ملايين الأنواع. كيف يحدث التوازن بين الانتقاء الطبيعي والقيود في الأنواع الغازية الأخرى، أو في الأنواع التي تواجه الانقراض؟ تساعدنا مجموعات التاريخ الطبيعي على فهم الماضي والتنبؤ بمستقبلنا. لقد حان الوقت لتحظى هذه المجموعات بالاهتمام الذي تستحقه.