علت انقراض آخرین نسل ماموت‌ها کشف شد

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری آنا به نقل از ASR، گروه کوچکی از ماموت‌های پشمالو، حدود ۱۰ هزار سال پیش با بالا آمدن آب دریا و جدا شدن بخشی از سرزمین اصلی سیبری، در جزیره‌ای به نام رانگل به دام افتادند. وقتی گروهی از این حیوانات از جمعیت اصلی، کوچک و جدا شدند، خویش آمیزی و بروز نقایص ژنتیکی روی داد؛ عاملی که مدت‌ها تصور می‌شد که دلیل انقراض ماموت‌های جزیره رانگل در حدود چهار هزار سال پیش بوده است.

به تازگی محققان با انتشار مقاله‌ای در نشریه Cell گمانه زنی‌های جدیدی در مورد علت انقراض این حیوانات بزرگ ارائه کرده اند.

آنها با مقایسه ژنوم‌های ۵۰ هزار ساله ماموت‌های سرزمین اصلی و ماموت‌های جزیره رانگل، دریافتند، علت انقراض این ماموت‌ها چیز دیگری بوده است. آنچه پژوهشگران کشف کردند نه تنها درک ما از این گروه جدا شده از ماموت‌ها و تکامل جمعیت‌های کوچک را به چالش می‌کشد، بلکه پیامد‌های مهمی نیز برای تلاش‌های حفاظتی امروزی دارد.

این یافته‌ها نتیجه سال‌ها تلاش برای توالی یابی ژنتیکی توسط یک گروه بین المللی از دانشمندان است. آنها ۲۱ ژنوم ماموت را مورد مطالعه قرار دادند که ۱۳ مورد از آنها به تازگی توسط «ماریان دهاسک» «Marianne Dehasque» نویسنده اصلی این مقاله تعیین شده است. بقیه، سال‌ها قبل توسط نویسندگان همکار «پاتریشیا پچنرووا»، «فوتینی کانلیدو» و «هلوئیز مولر» توالی بندی شده بودند.

ژنوم‌ها از ماموت‌های پشمالوی سیبری (Mammuthus primigenius)، هم از سرزمین اصلی و هم از جزیره، قبل و بعد از جدا شدن آنها به دست آمد. قدیمی‌ترین ژنوم مربوط به ماموت ماده سیبری بود که حدود ۵۲ هزار و ۳۰۰ سال پیش جان باخت و جوان‌ترین آنها متعلق به ماموت‌های نر جزیره رانگل بودند و در زمان مرگ سایر ماموت‌های جزیره بود (یکی از آنها فقط چهار هزار و ۳۳۳ سال پیش مرده است).

این یک بازه زمانی قابل توجه و آشکار است: نمونه شامل ماموت‌هایی از جمعیتی بود که از نظر ژنتیکی سالم و بزرگ شروع شدند، در انزوا قرار گرفتند و در نهایت منقرض شدند.

محققان در مقاله خود گفتند: ماموت‌ها یک «دوره متلاطم اقلیمی» را تجربه کردند، به ویژه در طول یک دوره گرمایش سریع به نام «Bølling-Allerød interstadial» «اینتراستادیال بولینگ – آلرود» (میان استادیال یخبندان پسین) در تقریبا ۱۴ هزار و ۷۰۰ تا ۱۲ هزار و ۹۰۰ سال پیش. گفته می‌شود در این زمان ماموت‌های پشمالو به طور منطقه‌ای منقرض شده اند. با این حال ژنوم ماموت‌های مورد مطالعه در این دوره زمانی نشان نمی‌دهد که گرم شدن هوا اثرات نامطلوبی بر روی این حیوانات داشته است.

تنها زمانی که جمعیت در آن جزیره منزوی شدند، اثرات نامطلوب ظاهر شد.

شبیه سازی‌های محققان نشان می‌دهد که در کوچک‌ترین حالت، کل جمعیت ماموت‌های جزیره رانگل کمتر از ۱۰ عدد بوده است. این نشان دهنده یک تنگنای جمعیتی شدید است. این امر به صورت ژنتیکی از طریق افزایش هموزیگوسیتی در ژنوم دیده شده و زمانی بروز می‌کند که هر دو والدین کروموزوم‌های تقریبا یکسانی را که هر دو از یک جد قبل‌تر دریافت کرده اند، داشته باشند. میزان هموزیگوسیتی در ماموت‌های جدا شده جزیره رانگل چهار برابر بیشتر از موارد قبل از افزایش سطح دریا بود.

با وجود چنین تعداد بسیار اندک ماموت، آنها جان سالم به در بردند. اندازه جمعیت و همچنین سطح خویش آمیزی و تنوع ژنتیکی تا شش هزار سال آینده و زمان انقراض، ثابت باقی ماندند. برخلاف دشواری و تنگنای اولیه جمعیت، نشانه‌های ژنومی در طول زمان نشان می‌دهد که خویش آمیزی در نهایت به جفت‌هایی از خویشاوندان دورتر منتقل می‌شود، که حاکی از جمعیت بزرگ‌تر ماموت‌ها یا تغییر در رفتار آنهاست.

شبیه سازی‌ها نشان می‌دهد طی ۲۰ نسل، اندازه جمعیت به حدود ۲۰۰-۳۰۰ ماموت افزایش می‌یابد و این با کاهش آهسته هتروزیگوسیتی که آنها در ژنوم یافتند مطابقت دارد.

اثرات منفی طولانی مدت

ماموت‌های جزیره رانگل ممکن است با وجود این احتمالات جان سالم به در برده باشند و نقص‌های ژنتیکی مضر ممکن است دلیل انقراض آنها نبوده باشد، اما تحقیقات نشان می‌دهد داستان آنها پیچیده‌تر از اینهاست.

جزیره رانگل امروزی با حدود هفت هزار و ۶۰۸ کیلومتر مربع، مقدار مناسبی از فضا و منابع را ارائه می‌کرده است، اگرچه این حیوانات نیز جثه‌های بزرگی داشته اند. به عنوان مثال، به مدت شش هزار سال پس از انزوا، آنها از افسردگی خویش آمیزی رنج می‌بردند که به افزایش مرگ و میر در نتیجه همخونی و نقایص ناشی از آن اشاره دارد.

این خویش آمیزی پاکسازی جهش‌های مضر را نیز تقویت کرده است. این ممکن است چیز خوبی به نظر برسد - و می‌تواند باشد -، اما معمولا به این دلیل اتفاق می‌افتد که افراد دارای دو نسخه از جهش‌های مضر، یا می‌میرند یا قادر به تولید مثل نیستند. پس فقط در صورتی خوب است که جمعیت از آن جان سالم به در ببرد.

نتایج این تیم نشان می‌دهد پاکسازی جهش‌های ژنتیکی می‌تواند یک فرآیند تکاملی طولانی باشد.

دهاسک گفت: پاکسازی جهش‌های مضر به مدت بیش از شش هزار سال، اساسا، نشان دهنده اثرات منفی طولانی مدت ناشی از این جهش‌های بسیار مضر است. از آنجایی که پاکسازی جمعیت جزیره رانگل برای مدت طولانی ادامه داشته، جمعیت تا زمان انقراض خود اثرات منفی ناشی از این جهش‌ها را تجربه کرده است.

«لاو دالن» «Love Dalén»، یکی از دیگر از مجریان این مطالعه و استاد ژنومیک تکاملی در مرکز دیرینه شناسی در استکهلم گفت: «وقتی افراد دارای یک نسخه دو برابری از جهش‌های مضر هستند (مثلا از هر دو والدین به ارث برده باشند) این افراد بیمار می‌شوند و این یعنی این جهش‌ها از طریق انتخاب طبیعی از جمعیت حذف می‌شوند. به عبارت دیگر می‌میرند، اما جهش‌های مضر را نیز با خود می‌برند.

دهاسک افزود: «ما همچنین می‌بینیم که جهش‌های خفیف مضر در جمعیت تا زمان انقراض تجمیع می‌شوند. هر چه میزان جهش‌های خفیف مضر بیشتر باشد، اثرات بالقوه منفی تندرستی بیشتر می‌شود. اینها ممکن است در نهایت منجر به نابودی جمعیت شود، چه به طور مستقیم و چه با آسیب پذیرتر کردن آن در برابر تغییرات محیطی.

«وینسنت لینچ» «Vincent Lynch» دانشیار دانشگاه بوفالو که در این تحقیق شرکت نداشت، اما بخشی از گروه محققانی بود که پژوهش‌های ژنتیکی قبلی را روی ماموت‌های جزیره رانگل انجام داده از نتایج این مقاله شگفت زده شد و خاطرنشان کرد که حتی با تاثیرات ژنتیکی مداوم افسردگی خویش آمیزی، آنها به بقای خود ادامه دادند.

وی با استقبال از دو گمانه زنی محققان در مورد آنچه ممکن است باعث انقراض نهایی آنها شده باشد اظهار داشت: مورد نخست، انباشته شدن بسیاری از جهش‌های مضر از اثرات کوچک، موجب شد آنها نتوانند آن را تحمل کنند و مورد دوم، احتمال عدم برخورداری از تنوع ژنتیکی لازم برای مقابله با تغییر ناگهانی اقلیم یا بروز یک بیماری عفونی (مانند سندرم بینی سفید در خفاش‌های قهوه‌ای کوچک) یا ترکیبی از اینها را مطرح می‌کند.

و سپس منقرض شدند

در حالی که نتایج تحقیق، دلیل انقراض ماموت‌های جزیره رانگل را روشن نمی‌کند، اما نشان می‌دهد که این انقراض بسیار سریع اتفاق افتاده است.

دهاسک گفت: «بر اساس شواهد باستان شناسی، می‌دانیم انسان‌ها درست پس از انقراض ماموت‌ها پا بر عرصه زمین گذاشتند. چیزی ناگهانی مانند شیوع بیماری یا وقوع یک آتش سوزی قطعا می‌توانسته باعث فروپاشی جمعیت شود، اما این موضوع بسیار گمانه زنی است. با تحقیقات بیشتر، امیدواریم در آینده نزدیک علت انقراض نهایی این ماموت‌ها را کشف کنیم.»

آیا در این داده‌ها درس‌هایی برای جمعیت‌های فعلی وجود دارد؟ این دور نمای تغییرات ژنتیکی در طول هزاران سال کاملا در تضاد با مطالعات حفاظتی کنونی بر روی جمعیت‌های مشابه ایزوله است، که در آن دانشمندان تنها به چند نسل از ژنتیک برای مطالعه دسترسی دارند.

دهاسک گفت: این مهم است، زیرا اثرات ژنتیکی درازمدت این ماموت‌ها نشان می‌دهد که فقط بازگرداندن اندازه جمعیت ممکن است برای تضمین یک جمعیت قابل دوام کافی نباشد.

در زمانی که زیستگاه‌های بسیاری از اشکال حیات در حال کاهش است، تغییرات اقلیم بر جهان تأثیر می‌گذارد و تعداد گونه‌های در خطر انقراض فزاینده‌ای وجود دارند، درک خطرات احتمالی انقراض بیش از هر زمان دیگری مهم است.

دالن گفت: «زیست شناسان حفاظت از منابع طبیعی در گذشته فکر می‌کردند تا زمانی که جمعیت به سطحی برسد که خویش آمیزی افزایش نیابد (و کاهش تنوع ژنتیکی متوقف شود)، دیگر تا حد زیادی تهدید ژنتیکی وجود ندارد. اما نتایج ما نشان می‌دهد حتی زمانی که خویش آمیزی / تنوع، تثبیت شده باشد، جمعیت همچنان برای صد‌ها نسل تحت تأثیر افسردگی خویش آمیزی قرار خواهند گرفت.»

این خبر خوبی برای گونه‌های در معرض خطر نیست. با این حال، اکنون که این موضوع را می‌دانیم، می‌توانیم این داده‌ها را در مدل‌هایی قرار دهیم که خطرات انقراض را پیش بینی می‌کنند. علاوه بر این، در برخی موارد می‌توانیم اقداماتی مانند تسهیل جریان ژن بین جمعیت‌ها را به منظور کاهش سطح خویش آمیزی انجام دهیم.

«ژاکلین رابینسون» «Jacqueline Robinson» متخصص ژنتیک تکاملی در دانشگاه کالیفرنیا سانفرانسیسکو که در این تحقیق شرکت نداشت گفت: «این یک مطالعه ارزشمند برای چگونگی وضعیت تنگنا و انزوای طولانی مدت حیوانات در طول زمان است. اگرچه می‌توانیم جمعیت‌های معاصر را مطالعه کنیم، اما قادر به درک تاثیر کاهش جمعیت آنها در آینده نیستیم و فقط می‌توانیم چیز‌هایی را پیش بینی کنیم. اما این متفاوت از آن است که بتوانیم واقعا به چیزی که در گذشته اتفاق افتاده است نگاه کرده و مستقیما آن تأثیرات را مشاهده کنیم.»

به نظر او «بسیار دلگرم کننده» است که ماموت‌های جزیره رانگل پس از یک تنگنای جمعیتی شدید، تثبیت شدند، زیرا نشان می‌دهد گونه‌هایی که در شرایط مشابه امروزی هستند ممکن است همین کار را انجام دهند. وی گفت: «از نظر من، این نشانه‌ای است که گونه‌ها و جمعیت‌ها بیش از آنچه انتظار داریم انعطاف پذیر هستند و احساس می‌کنم این به ما امید و دلایل بیشتری برای سرمایه گذاری در حفاظت از گونه‌هایی می‌دهد که شوربختانه به تعداد کمی کاهش یافته اند.»

برای دالن، که بیش از ۲۰ سال پیش کار بر روی DNA ماموت جزیره رانگل را آغاز کرد، دو نکته کلیدی از این تحقیق وجود دارد، اولین مورد این است که «تنگنا‌ها باعث ایجاد یک بدهی ژنتیکی به شکل جهش‌های مضر می‌شوند و ممکن است پرداخت این بدهی هزاران سال طول بکشد.»

او پیشنهاد کرد: نکته کلیدی دیگر این است که به نظر می‌رسد انقراض ماموت‌ها احتمالا ناشی از یک رویداد تصادفی محیطی بوده است، به این معنی که شاید آنها فقط بدشانس بوده اند. اگر اینطور نبود، شاید امروز ماموت‌هایی داشتیم که هنوز زنده بودند.

ایده تداوم بالقوه آنها نظری است که دهاسک نیز به آن فکر می‌کند و با تعجب می‌گوید: «اگر ماموت‌ها تا به حال زنده مانده بودند، آیا جهش‌های مضر به انباشته شدن ادامه می‌دادند؟ و اثرات ترکیبی تندرستی آنها تا به امروز چقدر نامطلوب می‌شده است؟»