طائر الوروار الأوروبي آكل النحل.

الثعابين هي حيوانات ممدود، وهي من الزواحف آكلة اللحوم. الميزة الأكثر تميزاً هو عدم وجود الزوائد. فالثعابين بلا أرجل، لذا فهي تتحرك من خلال التمرير للأمام وسحب أجسادها وسحبها عبر الأرض.

الآن، إذا كان الذيل سمة أساسية لجسم حيوان، يجب أن نسأل أين ينتهي جسم الثعبان ويبدأ ذيله؟ هذه كوميديا ​، لكنها مشكلة فلسفية عميقة للغاية، إذا سألتني. ولكن دعونا لا نتعمق في ذلك.

بدلاً من ذلك، في ملاحظة أكثر جدية، ما ينبغي أن نركز عليه هو مسألة لماذا فقدت الثعابين أرجلها في المقام الأول؟

يسأل السؤال بشكل أساسي، لماذا تعتبر الطبيعة هذا الانحدار أفضل للبقاء من وجود أطراف للثعابين مثل الزواحف الأخرى؟ هل ستجعلها تختبئ بسهوله كبيره أكثر مما لو لم يكن هناك زوجان في المقدمة.

تزعم إحدى الأوراق الرائدة أن الثعابين التي تعود إلى عصور ما قبل التاريخ كانت تمتلك أطرافًا، وإن كانت رقيقة جداً. ولقد فقدوها تدريجياً بسبب بعض قيود الطاقة. في وقت لاحق، سنتعلم كيف فرضت هذه القيود هذا الانحدار وأوقفت نمو الأطراف في مرحلة التصنيع نفسها - على مستوى الجينات.

الثعابين مع عظام الكاحل.

يتوقع علماء الحيوان أنه في مرحلة ما في الماضي، اعتادت بعض الثعابين، إن لم تكن كلها، أن تكون لها أرجل. ويعتقد أن الثعابين تطورت من السحالي. حيث تُجد أوجه التشابه بين هذه الزواحف. كل من السحالي والثعابين تمتلك نفس الأجهزة الحسية لتحديد موقع الفريسة. كل من الأشكال الذكور من هذه الأنواع تمتلك نفس الأعضاء التناسلية. كل من هذه الأنواع مغطاة بمقاييس وهي حيوانات بدم بارد.

ومع ذلك، نظراً لعدم وجود دليل ملموس، ظل علماء الحيوان التطوريون غير متأكدين منذ فترة طويلة من هذا الادعاء، لكن اكتشافاً جديداً يدعم هذه النظرية.

ويشير البحث إلى أن الثعابين تطورت من السحالي التي إما حفرت على الأرض أو سبحت في المحيط. ومع ذلك، نمت الساقين في كلتا الحالتين حيث تطور الحيوان مع مرور الوقت. يبدو أنهم فقدوا أطرافهم لأن وجود أطرافهم أعاق الحركة المائية. ولكن ماذا عن الحفر؟ ألن يعوض المساعدات عن التجريف؟

حسنًا، يزعم علماء الحيوان أن الثعابين نادراً ما حفرت ثقوبها. بدلاً من ذلك، توغلوا وتسللوا إلى الثقوب التي حفرتها الحيوانات الصغيرة، وربما فريسة محتملة. 

وكان وجود الأطراف مسؤولاً عن هدر هائل للطاقة. أجبرت هذه القيود الانحدار على عدم وجود أرجل. كما حدث الانحدار دون أي تأثير على بقاء الكائن الحي. تبرز الدراسة أن فقدان الأطراف يمكن أن يعزى إلى الثعابين التي تزرعها بمعدل بطيء للغاية أو تنمو فقط لفترة قصيرة جداً من الوقت.

من أجل الدراسة، درست Houssaye وزملاؤها من المتحف الوطني للتاريخ الطبيعي في باريس بدقة ثعبان أحفوري ما قبل التاريخ يسمى Eupodophis descouensi. ويعتقد أن أقدم الثعابين يعود تاريخها إلى 94-112 مليون سنة. لم يكن هذا الثعبان من بين الأقدم، لكنه اقترب من العمر، ويقدر عمره بنحو 90 مليون عام.

استخدم العلماء تقنية تصوير حديثة ومتقدمة للغاية تسمى "التصوير الإشعاعي المحوسب للإشعاع السنكروتروني" (SRCL). يستخدم الإجراء آلات كبيرة تسمح لنا بتكبير وعرض الميزات المجهرية بتفاصيل رائعة. الأهم من ذلك، أنه لا يسبب أي أضرار لهذه العينات التي لا تقدر بثمن.

تعرض الآلات عينة لإشعاع الأشعة السينية المكثف الذي يخترق بعمق الأحفوري من خلال كل شق أثناء تدويره على الركيزة. ينشئ الإجراء آلاف الصور ثنائية الأبعاد عالية الدقة، والتي يتم تجميعها لتشكيل نموذج ثلاثي الأبعاد متطور من الأحفوري.

ويوضح النموذج ثلاثي الأبعاد للثعبان المتحجر الوركين الأفعى القديمة والساقين النحيلة 2 سم! لقد أظهر 2 من أطرافه الخلفية الصغيرة المتراجعة وغياب الأطراف الأمامية. تم ثني الساق الملموسة في الركبة وتمتلك 4 عظام في الكاحل، ولكن لم يكن لها عظام القدم أو القدم. هذا التشكل يشبه إلى حد بعيد أطراف سحلية الأرض الحديثة.

ثعبان آخر من نفس العمر، Najesh rionegrina، من المتوقع أيضاً أن يكون له ساقان خلفيتان نحيفتان بلا حدود. عرض الثعبان sacrum، وهي ميزة عظمية ثلاثية تدعم الحوض.

القرص الوراثي الوحيد الذي تسبب في فقدان الثعبان أطرافه

على الرغم من أنني، كما قلت، كانت أطراف الثعبان تعوق الأنشطة الأرضية، إلا أن جينوم الثعبان يروي قصة مختلفة. انها تحاكي جينوم سحلية الأرضية، مع العلم أن "الجينوم" هو أحد فروع علم الوراثه.

كشفت دراسة أنيقة للغاية أن جينوم الأفعى يمتلك جينات لتكوين الأطراف ونموها، ولكن طفرات صغيرة في الحمض النووي تقع بالقرب من محور الجينات إلى بنية الأطراف ونموها يمنع الجين من التنشيط في المقام الأول، وبالتالي تغيير مظهرها إلى الأبد. وهذه الميزات قد غادرت بمهارة مع تطور الحيوان.

يُوضح هذا تأثير الفراشة المتلألئة حيث ينتقل التباين الصغير إلى اختلافات لاحقة. تبرز الدراسة التقلبات المذهلة التي يمكن أن تحدثها طفرة وراثية. يزعم علماء الحيوان أن هذا الانحدار قد تحول إلى أفعال قبل حوالي 150 مليون عام.

تم البحث عن القرائن الأولى حول هذه التغيرات الوراثية من قبل مارتن كوهن، عالم الأحياء التطوري في جامعة فلوريدا، في عام 1999. اكتشف أن بعض الجينات في جنين الثعابين شاركت في نمط نشاط مختلف عن الزواحف الأخرى في نفس الولاية. أدرك أن إدخال عامل نمو يُمكن هذه الأجنة من البدء في نمو الأطراف. ومع ذلك، نظراً لأن تقنية تحرير الجينات كانت في مراحلها البدائية فقط، كان كوهن يفتقر إلى الأدوات المناسبة لإلقاء نظرة أعمق.

بعد أربع سنوات، اكتشف هانكين وزملاؤه أن النشاط في جين يُدعى Sonic hedgehog (Shh) لعب دوراً مهماً في تكوين الأطراف وحجمها في السحالي، مما يشير إلى أنه قد يكون مهماً أيضاً بالنسبة للأفاعي.

مع اكتشاف تقنية تحرير الجينات، قام العلماء بتتبع النشاط الجيني للثعابين لبحث سبب نمو أرجلهم، ولكن لم يتم تطويرها بالكامل. وجدت النتائج 3 عمليات حذف في التبديل الوراثي التي تتحكم في نشاط نفس جين القنفذ الصوتي (SHH)!

التبديل يسمى رسميا المحسن. يعمل المحسن على رصيف حيث يتم تسليم جميع البروتينات التي تتحكم في نشاط هذا الجين. تجعل عمليات الحذف من الصعب على البروتينات أن ترسو، وبالتالي توفر لهم نافذة ضيقة من نشاط الجينات أثناء تطور الجنين في الثعبان وهو أمر حاسم لأي نمو للأطراف.

قام أليكس فيسيل، عالم الجينات في مختبر لورنس بيركلي الوطني في بيركلي، كاليفورنيا، بمقارنة التسلسلات الجينية للأفاعي القديمة، مثل الثعابين والبوا، بالثعابين التي تم تطويرها حديثاً مثل الكوبرا والثعابين. وجد أن الأخير لا يمتلك أي بقايا ساق كانت موجودة في السابق. كانت معززاتها مليئة بالحذف والطفرات الانحدارية.

حاول الباحثون بعد ذلك اختبار تأثير هذا المحسن على أطراف الفأر، للتنبؤ بآثاره على نمو أطرافهم. في تجربة ثاقبة، استخدم الباحثون تقنية تحرير الجينات CRISPR-Cas9 لاستبدال مُحسِّن القوارض بمُحسِّنات الحيوانات الأخرى ثم مُحسِّن الثعبان.

عندما تنضج مع محسن الأنواع الأخرى، نمت ساقين الفأر بشكل تقليدي. ومع ذلك، عندما يتم استبدال محسّن الثعبان، فإن نمو الأطراف يقتصر على النقاط الصغيرة! علاوة على ذلك، عندما قام الباحث بإجراء الإضافات الضرورية على الحمض النووي ووضع المحسن المعدل مرة أخرى في الفئران، استأنف نمو الساق لنموه الطبيعي!

ومع ذلك، لا يزال العلماء غير متأكدين مما إذا كان هذا القرص يمكن اعتباره الطفرة الضخمة الوحيدة التي أدخلت اتجاه النهايات في السحالي وسهّلت تطورها إلى ثعابين. إنهم يعتقدون أن هذه الطفرة قد لا تكون الجاني الوحيد، لكنها بالتأكيد ممثل رئيسي في هذه الدراما التي تُكتشف.