طالب يجمع عينة ماء لتحليل الحمض النووي

طالب يجمع عينة ماء لتحليل الحمض النووي. ديفيد دوفيرنيل، CC BY. طلابي وأنا واجهنا لغزًا. كنا نتعاون مع إدارة الحفاظ على البيئة في ميزوري لمراقبة وجود الأسماك ووفرتها في أوزاركس بولاية ميزوري.

زرنا نصف دزينة من الأنهار والجداول في جميع أنحاء المنطقة وجمعنا بضع أكواب من الماء من كل منها. كنا نختبر الحمض النووي في البيئة لتحديد الأنواع التي تركت مادتها الوراثية وبالتالي كانت موجودة في الجدول. لم تكن هناك حاجة لاصطياد الأنواع نفسها أو حتى رؤيتها.

كنا سعداء باكتشاف مجموعة متنوعة من الأنواع في موائلها المناسبة التي تعتبر معرضة للخطر في ميزوري، بما في ذلك حفش البحيرة والدارتر الكريستالي وسمك الألاباما شاد. في المياه السطحية الخارجة من نبع جوفي كبير، اكتشفنا حمضًا نوويًا لنوع من الأسماك التي تعيش في الكهوف لم يكن ليتم اكتشافه أبدًا من قبل باحثين اصطادوا أو بحثوا فقط عن الأسماك في المياه السطحية. لكن كانت هناك مشكلة: كنا متأكدين من أننا سنجد نوعًا معينًا في كل جدول: سمكة البليدنغ شاينر (Luxilus zonatus)، وهي واحدة من أكثر الأسماك شيوعًا في جداول أوزاركس.

لكي نثق في نتائجنا، احتجنا إلى فهم سبب عدم ظهور حمض البليدنغ شاينر النووي في كل عينة، كما توقعنا. فحصنا تقنية أخذ العينات وكيمياء المياه وجوانب أخرى من اختباراتنا. في البيانات نفسها، وجدنا دليلًا: الجداول التي اكتشفنا فيها حمض البليدنغ شاينر النووي كانت جميعها تصب في جنوب أوزاركس، والجداول التي لم يُكتشف فيها كانت جميعها في شمال أوزاركس.

يمكننا رسم خط عبر خط تقسيم الصرف بين الشمال والجنوب بين تلك المناطق. سمكة بليدنغ شاينر تسبح فوق قاع عشبي. كليف وايت/إدارة الحفاظ على البيئة في ميزوري.

كشف بعض التحقيقات الإضافية شيئًا لم نكن نعرفه في البداية: أسماك البليدنغ شاينر في شمال أوزاركس لها تاريخ حمض نووي مختلف عن أقاربها الجنوبيين، على الرغم من أن الأسماك تبدو متطابقة وهي في الواقع نفس النوع العلمي. للمراقبين البشر، قد تبدو أوزاركس منظرًا طبيعيًا مستمرًا نسبيًا. بالنسبة للأسماك، ومع ذلك، فإن هذا المنظر مقسم إلى سلسلة من شبكات صرف منفصلة. قد تنبع الجداول على بعد أميال قليلة فقط لكنها تتدفق في اتجاهين متعاكسين، وتتصل في النهاية بأنظمة أنهار مختلفة تمامًا ذات تواريخ جيولوجية متميزة.

منذ مئات الآلاف من السنين، تزاوج أسلاف السكان الشماليين مع نوع آخر من الشاينر، تاركين بصمة وراثية من تهجين قديم لا يزال موجودًا اليوم، ولكن فقط في بعض مناطق الصرف. على الرغم من أنهم يبدون متشابهين، وكانوا في أنهار يعتبرها البشر متجاورة، إلا أن هذه الأسماك كانت لها تواريخ وراثية مختلفة بوضوح. كنا نبحث عن بصمة حمض نووي واحدة فقط، بافتراض أن جميع أسماك البليدنغ شاينر ستشترك في تلك الهوية.

يمكن لتحليلات الحمض النووي البيئي مثل هذه أن تكشف أحيانًا عن تسلسلات حمض نووي غير معروفة أو غير قابلة للتحديد. عندما نظرنا عن كثب إلى تلك النتائج، تمكنا من تحديد التسلسل غير المعروف سابقًا الذي يتوافق مع السكان الشماليين من البليدنغ شاينر. سمكة البليدنغ شاينر شائعة في الممرات المائية في أوزاركس بولاية ميزوري.

وابيغز/ويكيميديا كومنز، CC BY-SA. كانت نتائجنا توضيحًا ملموسًا على أن أنهار اليوم هي نتاج مناظر طبيعية قديمة. خلال التقدمات الجليدية في عصر البليستوسين – منذ حوالي 2.5 مليون إلى حوالي 12000 عام – غيرت بعض الأنهار مسارها مرارًا وتكرارًا. الجداول المعزولة اليوم كانت متصلة في الماضي. أخرى تشارك جغرافيا مشتركة وهي متشابهة بيئيًا تمامًا اليوم قد يكون لها تواريخ منفصلة تمامًا. الأنواع الموجودة في الأنهار والجداول اليوم هي نتاج تلك العمليات الجيولوجية والتطورية الطويلة والمعقدة.