تشابه عميق

في علم الأحياء التطوري النمائي ، يُستخدم مفهوم التماثل العميق لوصف الحالات التي تخضع فيها عمليات النمو والتمايز لآليات وراثية متماثلة ومحفوظة بعمق عبر مجموعة واسعة من الأنواع .

قد يتوافق التشابه العميق على المستوى الجزيئي مع مجموعة من العلاقات بين العمليات التي يُتيحها، بما في ذلك التناظر /التقارب، والتشابه المتوازي ، والتشابه الحقيقي . في الحالتين الأوليين، تُعزى هذه العمليات إلى التكيف المستقل (الاستحواذ) لنفس الآلية الجينية الأساسية. ^{[ 1 ] [ 2 ]} غالبًا ما يتطلب تحديد طبيعة كل حالة من حالات التشابه العميق الملحوظ، و"أين ينتهي التشابه ويبدأ الجديد"، أخذ عينات تصنيفية موسعة باستخدام أنواع حية أو أحفورية. ^{[ 3 ]}

في عام 1822، قام عالم الحيوان الفرنسي إتيان جوفري سانت هيلير بتشريح جراد البحر ، واكتشف أن جسمه منظم مثل الفقاريات، ولكن من البطن إلى الظهر (ظهري بطني) : ^{[ 4 ]}

لقد اكتشفت للتو أن جميع الأعضاء الرخوة، أي الأعضاء الرئيسية للحياة، موجودة في القشريات، وبالتالي في الحشرات، بنفس الترتيب، وبنفس العلاقات، وبنفس الترتيب كما هو الحال في نظائرها في الحيوانات الفقارية العليا ... يا له من دهشة، بل وإعجاب، عندما رأيت مثل هذه القاعدة ... ^{[ 4 ]}

استنكر عالم الحيوان الفرنسي البارز في عصره، جورج كوفييه ، نظرية التماثل لجوفروي ، ولكن في عام 1994، ثبتت صحة نظرية جوفري. ^{[ 4 ]} في عام 1915، رسم سانتياغو رامون إي كاخال خريطة للوصلات العصبية للفصوص البصرية لذباب الفاكهة، ووجد أنها تشبه تلك الموجودة في الفقاريات. ^{[ 4 ]} في عام 1978، ساهم إدوارد ب. لويس في تأسيس علم الأحياء التطوري النمائي ، باكتشافه أن الجينات المنظمة للتطور الجنيني في ذباب الفاكهة. ^{[ 4 ]}

في عام 1997، ظهر مصطلح التشابه العميق لأول مرة في ورقة بحثية من تأليف نيل شوبين وكليف تابين وشون ب. كارول ، والتي تصف العلاقة الواضحة في أجهزة التنظيم الجيني التي تشير إلى أوجه التشابه التطوري في السمات الحيوانية المتباينة. ^{[ 5 ]}

بينما يُلاحظ التشابه العادي في نمط التراكيب، مثل عظام الأطراف لدى الثدييات التي تربطها صلة واضحة، فإن التشابه العميق قد ينطبق على مجموعات من الحيوانات ذات تشريح مختلف تمامًا: فالفقاريات (ذات الهياكل الداخلية المصنوعة من العظام والغضاريف ) والمفصليات (ذات الهياكل الخارجية المصنوعة من الكيتين ) تمتلك أطرافًا مبنية باستخدام وصفات أو "خوارزميات" متشابهة. ^{[ 5 ] [ 6 ] [ 7 ] [ 8 ]}

في الكائنات متعددة الخلايا ، تتحكم الجينات الموجهة للتطور في التمايز على طول المحاور الرئيسية للجسم . ومن هذه الجينات جينات هوكس ، حيث تُعتبر وظيفة تحديد النمط الأمامي-الخلفي متماثلة بشكل عام. ^{[ 6 ]} يتحكم كل من HoxA وHoxD (وخاصة HOXA13 و HOXD13 )، اللذان ينظمان تكوين الأصابع في الثدييات، في نمو الزعانف الشعاعية في أسماك الزيبرا ؛ وقد اعتُبرت هذه التراكيب حتى ذلك الحين غير متماثلة. ^{[ 9 ]} ومع ذلك، لا يزال هناك شك حول ما إذا كانت هذه حالة من التطور المتوازي أم التماثل الحقيقي، خاصةً وأن هذه التراكيب تبدو وكأنها تنشأ من طبقات جرثومية مختلفة . وجدت دراسة أجريت عام 2020 أن هناك تداخلًا في أنواع الخلايا التي تُكوّن الزعانف والأصابع، مما يشير إلى أنها قد تنشأ في الواقع من نفس التركيب السلفي. بالإضافة إلى ذلك، وجدت دراسة أجريت عام 2026 أن مجموعة الخلايا التي تُشكل التركيب المتكرر للزعانف والخياشيم يمكن أن تحل محل إحداها الأخرى، وهي حالة من التماثل التسلسلي . ^{[ 10 ]}

تُساهم جينات Pax (وخاصةً PAX6 ) في تنظيم نمو العين وغيرها من الأعضاء الحسية . ويُلاحظ تشابهٌ عميقٌ بين هذه الجينات ومجموعاتٍ متباعدةٍ على نطاقٍ واسع، كما هو الحال في عيون الثدييات والعيون المركبة المختلفة تمامًا في بنية الحشرات . ويُفسَّر الدور المشترك لجين Pax6 بأنه يُمثل نوعًا سلفيًا من الخلايا الحساسة للضوء، والتي تُعبِّر عن الأوبسين، وتُشبه الخلايا ذات الزغيبات الدقيقة، والتي تطورت إلى الخلايا المُستشعرة للضوء في الحشرات والحبار، وخلايا العقدة الشبكية في الفقاريات. ^{[ 3 ]}

قد توجد أوجه تشابه عميقة بين الحيوانات التي تستخدم التواصل الصوتي، مثل الطيور المغردة والبشر، في استخدامها لجين FOXP2 ^{[ 11 ]} وأجزاء أوسع من شبكة تنظيم الجينات. ^{[ 12 ]} ولأن هذه السمة غير موجودة لدى السلف المشترك المفترض، فإنها تُعد حالة من التطور المتوازي. مع ذلك، يُقترح أن السمة السلفية قد تكون قدرةً يمكن أن تتطور بسلاسة إلى تواصل صوتي: على سبيل المثال، من المعروف أن الأسماك تسبح في أسراب، ومن المحتمل أن يكون هذا السلوك قد تطور إلى وظيفة صوتية. ويلزم إثبات دور جين FOXP2 في سلوك أسراب الأسماك لتأكيد هذا الافتراض. ^{[ 13 ]}

في علم الأحياء الحديث ، تطور فهم التشابه العميق ليركز على الآليات والوظائف الجزيئية والوراثية بدلاً من التركيز على الشكل الظاهري فقط . الخلايا الجذعية السرطانية هي مجموعة من الخلايا داخل الورم، تتميز بقدرتها على التجدد الذاتي والتمايز إلى أنواع مختلفة من الخلايا، على غرار الخلايا الجذعية الطبيعية . تشير نظرية الخلايا الجذعية للسرطان إلى وجود مجموعة فرعية من الخلايا، تُعرف بالخلايا الجذعية السرطانية، تتميز بخصائص معينة تجعلها فريدة من نوعها بين أنواع الخلايا الأخرى داخل الورم السرطاني. تشمل هذه الخصائص قدرة الخلايا الجذعية السرطانية على التكاثر بلا حدود، ومقاومتها للعلاج الكيميائي ، ويُعتقد أنها مسؤولة عن انتكاس المرض بعد العلاج. ^{[ 14 ]}

في عام 2010، طوّر فريق بقيادة إدوارد ماركوت خوارزميةً تُحدّد الوحدات الجينية المتماثلة بعمق في الكائنات وحيدة الخلية والنباتات والحيوانات بناءً على الأنماط الظاهرية (مثل الصفات والعيوب النمائية). وتقوم هذه التقنية بمواءمة الأنماط الظاهرية بين الكائنات الحية استنادًا إلى علم التماثل (نوع من أنواع التماثل) للجينات المشاركة في هذه الأنماط الظاهرية. ^{[ 18 ] [ 19 ]}

• مخطط الجسم – مجموعة من السمات المورفولوجية المشتركة بين أفراد شعبة من الحيوانات