مختبر التطور
مختبر التطور
التطور ليس شيئًا حدث في الماضي البعيد فقط. إنه يحدث الآن: في المستشفيات، وفي الغابات، وفي كل طفل يولد. أجرِ ست تجارب بنفسك، ثم انظر ماذا حدث حين أجرى العلماء التجارب الحقيقية.
1 · البكتيريا ضد المضادات الحيوية
البكتيريا ضد المضادات الحيوية
تنتشر البكتيريا من حافتي طبق نحو الداخل. وكل شريط باتجاه المركز فيه عشرة أضعاف المضاد الحيوي الذي في الشريط السابق. ولا تستطيع البكتيريا النمو في شريط لا تقاومه. لكن في كل مرة تنقسم فيها البكتيريا ثمة احتمال صغير لحدوث طفرة، وبعض الطفرات يجعل نسلها أكثر مقاومة قليلًا.
- الأجيال
- 0
- أعلى شريط تم بلوغه
- بلا دواء
- مستويات المقاومة
اضغط تشغيل. كل لون مستوى من المقاومة. راقب أين تتوقف الجبهة، وأين تخترقها طفرة واحدة.
التجربة الحقيقية
في عام 2016، صبّ فريق من جامعة هارفارد طبقًا عملاقًا بطول 120 سنتيمترًا وعرض 60، فيه أشرطة من المضاد الحيوي تريميثوبريم تتضاعف عشر مرات نحو المركز، حتى 1,000 ضعف الجرعة التي توقف الإشريكية القولونية عادة. وتطورت البكتيريا التي وُضعت عند الحواف حتى بلغت الشريط المركزي في أقل من أسبوعين، وصوّرت كاميرا كل خطوة. ومن المفاجآت: أن الطفرات الأكثر مقاومة لم تفز دائمًا، فقد حُبست أحيانًا خلف جيران أبطأ نموًا وأقل مقاومة.
لماذا يهم ذلك: الإفراط في استخدام المضادات الحيوية يجري هذه التجربة على نطاق العالم كله. فكل استخدام يفضّل البكتيريا القادرة على النجاة منه.
أطول تجربة تطور
في 24 فبراير 1988، بدأ ريتشارد لينسكي 12 قارورة متطابقة من الإشريكية القولونية. وكل يوم يُنقل قليل من كل مزرعة إلى غذاء جديد، فيمر نحو 6.6 أجيال يوميًا. وفي أغسطس 2024 تجاوزت الجماعات 80,000 جيل، أي أكثر من ستة أضعاف عدد الأجيال التي عاشها نوعنا. وقرب الجيل 31,000 طوّرت إحدى الجماعات شيئًا جديدًا: القدرة على التغذي على السترات، وهو ما لا تستطيعه الإشريكية القولونية عادة بوجود الأكسجين.
لماذا بهذه السرعة؟ في الظروف الجيدة تستطيع الإشريكية القولونية الانقسام كل 20 دقيقة تقريبًا.
الدراسات:Baym et al. 2016, Science ↗Blount et al. 2008, PNAS ↗Good et al. 2017, Nature ↗تجربة تطور الإشريكية القولونية طويلة الأمد ↗مقاومة المكروبات للأدوية ↗
2 · كن أنت الطائر
كن أنت الطائر
تستريح عثّات الفلفل على لحاء الأشجار نهارًا. معظمها شاحب منقّط، وقليل منها يحمل طفرة تجعله أسود. أنت طائر جائع: انقر على العثّات التي تستطيع رؤيتها. الناجية تضع بيضها، وصغارها تشبه آباءها.
التجربة الحقيقية
هذا حدث فعلًا. سُجلت أول عثّة فلفل سوداء في مانشستر عام 1848. ومع اسوداد الأشجار بسخام الفحم انتشرت بسرعة، وبحلول عام 1895 كان نحو 98% من العث حول مانشستر أسود. وبعد قوانين الهواء النظيف في خمسينيات القرن العشرين، عاد اللحاء شاحبًا وصار العث الأسود نادرًا. وفي عام 2016 وجد علماء الوراثة الطفرة نفسها: قطعة من «الدنا القافز» استقرت في جين يُدعى «كورتكس»، على الأرجح نحو عام 1819.
لكن هل كانت الطيور حقًا؟
لحسم المسألة، أطلق عالم الأحياء مايكل ماجيروس 4,864 عثّة على مدى ست سنوات وراقب أيها تأكله الطيور. فعلى لحاء اليوم النظيف، أكلت الطيور من العث الداكن أكثر، وهذا يكفي لتفسير اختفاء العث الأسود.
الدراسات:van't Hof et al. 2016, Nature ↗Cook et al. 2012, Biology Letters ↗تطور العثة المفلفلة ↗اصطفاء طبيعي ↗
3 · خلّاط الجينات
خلّاط الجينات
يحصل كل طفل على نصف جيناته من كل والد، لكن أي نصف يحدده الحظ. تعرّف على مخلوقين خياليين، يحمل كل منهما نسختين من خمسة جينات. الحرف الكبير سائد: نسخة واحدة تكفي لظهور الصفة. انقر على حرف لتغيير جينات أحد الوالدين.
الوالد أ
الوالد ب
الطفل
أنت واحد من نحو 70 تريليونًا
كان لكل من والديك 23 زوجًا من الكروموسومات، ونقل إليك كروموسومًا واحدًا من كل زوج بالمصادفة. وهذا يعطي 2²³ = 8,388,608 تركيبة ممكنة من كل والد، ونحو 70 تريليونًا لزوجين واحدين، حتى قبل أن تتبادل الكروموسومات قطعًا فيما بينها (العبور)، وهو ما يضاعف العدد مرات كثيرة. وفوق ذلك، يولد كل طفل وفيه نحو 70 طفرة جديدة تمامًا لم تكن عند أي من والديه.
اكتشف غريغور مندل هذه القواعد في ستينيات القرن التاسع عشر بزراعة نحو 28,000 نبتة بازلاء وتهجينها في حديقة دير. ولم يدرك أحد أهمية عمله حتى عام 1900، بعد ستة عشر عامًا من وفاته.
الدراسات:Jónsson et al. 2017, Nature ↗وراثة مندلية ↗تعابر صبغي ↗غريغور مندل ↗
4 · عصافير داروين
عصافير داروين: أنت تتحكم في الطقس
على جزيرة دافني ميجور الصغيرة في غالاباغوس، أمسك بيتر وروزماري غرانت كل عصفور تقريبًا وقاساه وتابعاه طوال عقود. هنا تقرر أنت طقس كل عام. الطقس يقرر أي البذور يبقى، والبذور تقرر أي المناقير تنجو.
نموذج مبسّط: يعتمد البقاء على مدى ملاءمة المنقار للبذور الباقية في ذلك العام، ويُورَث عمق المنقار بمعامل توريث 0.75، قريبًا مما قاسه الزوجان غرانت. تتبع الإعادة التسلسل الحقيقي للسنوات المهمة، لكن الأرقام محاكاة.
التجربة الحقيقية
في عام 1977 لم يسقط على دافني ميجور سوى نحو 24 مليمترًا من المطر. نفدت البذور الصغيرة الطرية، ومات معظم العصافير الأرضية المتوسطة على الجزيرة. وكان الناجون في الغالب طيورًا كبيرة ذات مناقير عميقة قادرة على كسر بذور نبات الحسك الكبيرة القاسية. وكانت مناقير صغارها أعمق بنحو 4% من مناقير الجماعة قبل الجفاف: تطور قيس بالمسماك خلال جيل واحد.
ثم انعكس اتجاه التطور
أغرقت أمطار إل نينيو في 1982–1983 الجزيرة بالبذور الصغيرة، وفي السنوات التالية كانت المناقير الأصغر أنجح. وفي عام 1982 استقر على الجزيرة عدد قليل من العصافير الأرضية الكبيرة. وفي جفاف 2004 استأثرت بالبذور الكبيرة، فصغرت مناقير العصافير الأرضية المتوسطة: أقوى تغير تطوري سجله الزوجان غرانت في 33 عامًا. وفي 2016 ربط علماء الوراثة هذا التغير بمنطقة جينية تسمى HMGA2. ودرس الزوجين غرانت بعد 30 عامًا: التطور قابل للتنبؤ على المدى القصير، لا على المدى الطويل، لأن الطقس ليس كذلك.
الدراسات:Boag & Grant 1981, Science ↗Grant & Grant 2002, Science ↗Grant & Grant 2006, Science ↗Lamichhaney et al. 2016, Science ↗شراشير داروين ↗
5 · ترويض الثعلب
ربِّ ثعلبًا أليفًا
في عام 1959 بدأ عالم الوراثة السوفييتي دميتري بيلييف تجربة في سيبيريا. من ثعالب الفضة المرباة في مزارع الفراء، لم يُسمح بالتكاثر إلا لأهدئها وأكثرها ودًا. الآن أنت المربّي: اختر آباء كل جيل جديد، وانظر ماذا يتغير أيضًا في الطريق.
نموذج مبسّط: تعتمد الألفة على جينات كثيرة وعلى الصدفة. تظهر البقع البيضاء والآذان المتدلية والذيول الملتفة نادرًا، وأكثر قليلًا في الثعالب الأليفة، كما لوحظ في التجربة؛ ولا يزال سبب ذلك موضع جدل.
التجربة الحقيقية
في التجربة الحقيقية أصبح أقل من 10% من كل جيل آباءً. وفي الجيل الرابع هزت أول الجراء ذيولها للناس. وشكّلت «النخبة»، أي الثعالب التي تسعى إلى البشر وتئن وتلعق كالكلاب، 1.8% من الجراء في الجيل السادس، و18% في العاشر، و35% في العشرين، و49% في الثلاثين. وبحلول 2005–2006 صارت الجماعة كلها تقريبًا من النخبة، وانخفضت مستويات هرمون التوتر لديها إلى ثلث مستوياتها لدى ثعالب المزارع العادية أو أقل.
آذان متدلية لم يخترها أحد
لم يُنتقَ إلا السلوك، ومع ذلك ظهرت بعد 8–10 أجيال بقع «نجمية» بيضاء، ونمت لبعض الثعالب آذان متدلية وذيول ملتفة، وهي صفات توجد في كثير من الحيوانات الأليفة. اعتقد بيلييف أن الانتقاء على الألفة وحدها يغيّر طريقة تشغيل الجينات وإطفائها أثناء النمو. وهذه الفكرة موضع جدل اليوم: ففي 2020 تتبّع باحثون أصل ثعالب بيلييف إلى مزارع فراء في شرق كندا كانت تُربّى فيها منذ عقود، وقالوا إن استنتاجات التجربة مبالغ فيها. وفي 2018 كشف جينوم الثعلب مناطق مرتبطة بالسلوك الأليف والعدواني.
الدراسات:Trut et al. 2009, BioEssays ↗Kukekova et al. 2018, Nature Ecology & Evolution ↗Lord et al. 2020, Trends in Ecology & Evolution ↗Domesticated silver fox ↗
6 · عالمك الخاص
ابنِ عالمك الخاص
تعيش هنا كائنات خيالية صغيرة. تأكل وتهرب وتشيخ وتنجب. يحمل كل منها أربعة جينات، لحجم الجسم والسرعة واللون والفرو، وينقلها إلى نسله مع تغيرات عشوائية صغيرة. لا أحد يصممها. غيّر عالمها، وشاهد الانتقاء الطبيعي يعيد تشكيلها.
جرّب هذا
- اجعل الأرض رملًا فاتحًا وأضف مفترسات كثيرة. انتظر قليلًا ثم بدّل إلى حمم داكنة. ماذا يحدث للون الكائنات؟
- ابدأ عصرًا جليديًا. من ينجو، كثيف الفرو أم خفيفه؟ ثم جرّب حر الصحراء.
- بدّل الغذاء من وفير إلى شحيح وراقب رسم عدد الكائنات. كم كائنًا يستطيع هذا العالم أن يطعم؟
- اضغط «من جديد» وراقب فقط. الكائنات الأولى متوسطة الحجم والسرعة. أين يستقر الحجم والسرعة من تلقاء نفسيهما، ولماذا؟
هذه محاكاة وليست نظامًا بيئيًا حقيقيًا، لكنها تتبع قواعد الحياة الثلاث نفسها: التنوع، والوراثة، وعدم التساوي في البقاء والتكاثر.
لكل جين ثمن
الجسم الأكبر أصعب على المفترس، لكنه يحتاج إلى غذاء أكثر. السرعة تساعد على الهرب وإيجاد الغذاء، لكنها تحرق الطاقة. الفرو يحمي من البرد، لكنه يسبب الإجهاد الحراري في الصحراء. والتمويه لا ينفع إلا على الأرض المناسبة. لا يجد الانتقاء أبدًا كائنًا كاملًا؛ بل يجد حلًا وسطًا يناسب العالم كما هو الآن. غيّر العالم، يتغير الحل الوسط.
لا شيء هنا مبرمج ليتطور
لا يحتوي الكود على أي تعليمة مثل «كن أدكن» أو «أنبت فروًا». إنه يحدد فقط كيف تتحرك الكائنات وتأكل وتدفع ثمن أجسامها وتُفترس وتتكاثر، مع أخطاء نسخ صغيرة. وكل اتجاه تراه في الرسوم ينشأ من ذلك وحده، وهذه بالضبط فكرة داروين.
اقرأ المزيد:اصطفاء طبيعي ↗تمويه ↗