التنوع الجيني

يُتيح التنوع في الموروث الجيني للسكان للانتقاء الطبيعي التأثير على الصفات التي تُمكّن السكان من التكيف مع البيئات المتغيرة. ويمكن أن يحدث الانتقاء لصالح صفة ما أو ضدها مع تغير البيئة، مما يؤدي إلى زيادة التنوع الجيني (إذا تم اختيار طفرة جديدة والحفاظ عليها) أو انخفاضه (إذا تم استبعاد أليل غير مرغوب فيه). ^{[ 11 ]} لذا، يلعب التنوع الجيني دورًا هامًا في بقاء الأنواع وقدرتها على التكيف. ^{[ 12 ]} وتعتمد قدرة السكان على التكيف مع البيئة المتغيرة على وجود التنوع الجيني اللازم. ^{[ 13 ] [ 14 ]} فكلما زاد التنوع الجيني للسكان، زادت احتمالية قدرتهم على التكيف والبقاء. وعلى العكس، تزداد هشاشة السكان أمام التغيرات، مثل تغير المناخ أو الأمراض الجديدة، مع انخفاض التنوع الجيني. ^{[ 15 ]} فعلى سبيل المثال، رُبط عدم قدرة حيوانات الكوالا على التكيف لمقاومة الكلاميديا ​​وفيروس الكوالا القهقري (KoRV) بانخفاض التنوع الجيني لديها. ^{[ 16 ]} كما أن هذا التنوع الجيني المنخفض يثير قلق علماء الوراثة بشأن قدرة حيوانات الكوالا على التكيف مع تغير المناخ والتغيرات البيئية التي يتسبب بها الإنسان في المستقبل. ^{[ 16 ]}

من المرجح أن تحافظ التجمعات السكانية الكبيرة على مادتها الوراثية، وبالتالي تتمتع عمومًا بتنوع وراثي أعلى. ^{[ 11 ]} أما التجمعات السكانية الصغيرة، فمن المرجح أن تفقد تنوعها بمرور الوقت بفعل الصدفة، وهو مثال على الانحراف الوراثي . عندما ينحرف أليل (متغير من جين) نحو التثبيت، يُفقد الأليل الآخر في نفس الموضع، مما يؤدي إلى فقدان التنوع الوراثي. ^{[ 17 ]} في التجمعات السكانية الصغيرة، يزداد احتمال التزاوج الداخلي ، أو التزاوج بين الأفراد ذوي التركيب الوراثي المتشابه، مما يؤدي إلى استمرار الأليلات الأكثر شيوعًا حتى تثبيتها، وبالتالي انخفاض التنوع الوراثي. ^{[ 18 ]} لذلك، تُعد المخاوف بشأن التنوع الوراثي ذات أهمية خاصة في الثدييات الكبيرة نظرًا لصغر حجم تجمعاتها السكانية وارتفاع مستويات التأثيرات البشرية عليها. ^[16]

قد يحدث اختناق جيني عندما يمرّ مجتمع ما بفترة انخفاض في عدد أفراده، مما يؤدي إلى انخفاض سريع في التنوع الجيني. حتى مع ازدياد حجم المجتمع، غالبًا ما يظل التنوع الجيني منخفضًا إذا بدأ النوع بأكمله بمجتمع صغير، نظرًا لندرة الطفرات المفيدة (انظر أدناه)، ولأنّ مخزون الجينات محدود بسبب صغر حجم المجتمع الأصلي. ^{[ 19 ]} يُعدّ هذا اعتبارًا هامًا في مجال علم الوراثة الحفظية ، عند العمل على إنقاذ مجتمع أو نوع يتمتع بصحة جينية جيدة.

تُنتج الطفرات العشوائية باستمرار تنوعًا جينيًا . ^{[ 11 ]} تزيد الطفرة من التنوع الجيني على المدى القصير، حيث يُضاف جين جديد إلى مجموعة الجينات. ومع ذلك، فإن استمرار هذا الجين يعتمد على الانحراف الوراثي والانتقاء (انظر أعلاه). يكون لمعظم الطفرات الجديدة تأثير محايد أو سلبي على اللياقة، بينما يكون لبعضها تأثير إيجابي. ^{[ 11 ]} من المرجح أن تستمر الطفرة المفيدة، وبالتالي يكون لها تأثير إيجابي طويل الأمد على التنوع الجيني. تختلف معدلات الطفرات عبر الجينوم، وتكون معدلات الطفرات أعلى في التجمعات السكانية الأكبر حجمًا. ^{[ 11 ]} في التجمعات السكانية الأصغر حجمًا، يكون احتمال استمرار الطفرة أقل لأنها أكثر عرضة للاختفاء بفعل الانحراف الوراثي. ^{[ 11 ]}

يُعدّ تدفق الجينات ، الذي غالباً ما يتم عبر الهجرة، حركةً للمادة الوراثية (على سبيل المثال، عن طريق حبوب اللقاح في الرياح، أو هجرة الطيور). ويمكن أن يُدخل تدفق الجينات أليلات جديدة إلى الجماعة. ويمكن دمج هذه الأليلات في الجماعة، مما يزيد من التنوع الجيني. ^{[ 20 ]}

على سبيل المثال، ظهرت طفرة مقاومة للمبيدات الحشرية في بعوضة الأنوفيلة الغامبية الأفريقية. وأدى انتقال بعض بعوض الأنوفيلة الغامبية إلى مجموعة من بعوض الأنوفيلة الكولوزية إلى نقل جين المقاومة المفيد من نوع إلى آخر. وقد ازداد التنوع الجيني في الأنوفيلة الغامبية عن طريق الطفرة، وفي الأنوفيلة الكولوزية عن طريق تدفق الجينات. ^{[ 21 ]}

عندما بدأ الإنسان الزراعة، استخدم التكاثر الانتقائي لنقل الصفات المرغوبة للمحاصيل مع استبعاد الصفات غير المرغوبة. يؤدي التكاثر الانتقائي إلى زراعة المحاصيل الأحادية : مزارع كاملة من نباتات متطابقة جينيًا تقريبًا. قلة التنوع الجيني أو انعدامه يجعل المحاصيل عرضة بشدة للأمراض واسعة الانتشار؛ فالبكتيريا تتغير وتتطور باستمرار، وعندما تتغير بكتيريا مسببة للمرض لمهاجمة تنوع جيني محدد، يمكنها بسهولة القضاء على كميات هائلة من النوع. إذا كان التنوع الجيني الذي تهاجمه البكتيريا بشكل أفضل هو نفسه الذي تكاثر به الإنسان انتقائيًا لاستخدامه في الحصاد، فسوف يُباد المحصول بأكمله. ^{[ 22 ]}

كان نقص التنوع البيولوجي أحد الأسباب الرئيسية للمجاعة الكبرى التي ضربت أيرلندا في القرن التاسع عشر . ولأن نباتات البطاطا الجديدة لا تنمو نتيجة التكاثر، بل من أجزاء من النبات الأم، فلا يتطور أي تنوع جيني، والمحصول بأكمله عبارة عن نسخة طبق الأصل من حبة بطاطا واحدة، مما يجعله عرضة بشكل خاص للأوبئة. في أربعينيات القرن التاسع عشر، كان جزء كبير من سكان أيرلندا يعتمد على البطاطا كمصدر للغذاء. وقد زرعوا تحديدًا صنف "البطاطا المتكتلة"، الذي كان عرضة للإصابة بفطر فطري مسبب للعفن يُسمى "فيتوفثورا إنفستانس" . ^{[ 23 ]} دمر هذا الفطر الغالبية العظمى من محصول البطاطا، مما أدى إلى وفاة مليون شخص جوعًا.

لا يقتصر التنوع الجيني في الزراعة على الأمراض فحسب، بل يشمل أيضًا الحيوانات العاشبة . وكما في المثال السابق، تُفضّل الزراعة الأحادية الصفات المتجانسة في جميع أنحاء الحقل. وإذا كان هذا النمط الجيني عرضةً لبعض الحيوانات العاشبة، فقد يؤدي ذلك إلى خسارة جزء كبير من المحصول. ^{[ 24 ] [ 25 ]} ومن الطرق التي يتغلب بها المزارعون على هذه المشكلة الزراعة المختلطة . فمن خلال زراعة صفوف من محاصيل غير مرتبطة، أو متباينة جينيًا، كحواجز بين الحيوانات العاشبة ونباتاتها المضيفة المفضلة، يُقلل المزارع بشكل فعال من قدرة هذه الحيوانات على الانتشار في جميع أنحاء الحقل. ^{[ 26 ] [ 27 ] [ 28 ]}

يُتيح التنوع الجيني لأنواع الماشية تربية الحيوانات في بيئات متنوعة وبأهداف مختلفة. فهو يوفر المادة الخام لبرامج التربية الانتقائية ، ويسمح لقطعان الماشية بالتكيف مع تغير الظروف البيئية. ^{[ 29 ]}

قد تُفقد التنوع البيولوجي للثروة الحيوانية نتيجة انقراض السلالات وأشكال أخرى من التآكل الجيني . ففي يونيو/حزيران 2014، من بين 8774 سلالة مسجلة في نظام معلومات التنوع الحيواني المحلي ( DAD-IS )، الذي تديره منظمة الأغذية والزراعة للأمم المتحدة ( الفاو )، صُنّف 17% منها على أنها مُعرّضة لخطر الانقراض، بينما انقرض 7% منها بالفعل. ^{[ 29 ]} ويوجد الآن خطة عمل عالمية للموارد الوراثية الحيوانية، وُضعت تحت رعاية لجنة الموارد الوراثية للأغذية والزراعة عام 2007، تُوفّر إطارًا وتوجيهات لإدارة هذه الموارد.

ازداد الوعي بأهمية الحفاظ على الموارد الوراثية الحيوانية مع مرور الوقت. وقد نشرت منظمة الأغذية والزراعة (الفاو) تقريرين حول حالة الموارد الوراثية الحيوانية في العالم للأغذية والزراعة ، يتضمنان تحليلات مفصلة لتنوع الثروة الحيوانية العالمية وقدرتنا على إدارتها والحفاظ عليها.

يملك العالم الطبيعي عدة طرق للحفاظ على التنوع الجيني أو زيادته. ففي العوالق البحرية ، تُسهم الفيروسات في عملية التحول الجيني. تحمل فيروسات المحيطات، التي تُصيب العوالق، جينات كائنات حية أخرى بالإضافة إلى جيناتها الخاصة. عندما يُصيب فيروسٌ يحمل جينات خليةٍ ما خليةً أخرى، يتغير التركيب الجيني للخلية الأخيرة. يُساعد هذا التحول المستمر في التركيب الجيني على الحفاظ على صحة العوالق رغم التغيرات البيئية المعقدة وغير المتوقعة. ^{[ 36 ]}

الفهود من الأنواع المهددة بالانقراض . وقد أدى انخفاض التنوع الجيني وما يترتب عليه من ضعف جودة الحيوانات المنوية إلى صعوبة التكاثر والبقاء على قيد الحياة بالنسبة لها. علاوة على ذلك، لا ينجو سوى 5% تقريبًا من الفهود حتى مرحلة البلوغ. ^{[ 37 ]} ومع ذلك، فقد اكتُشف مؤخرًا أن أنثى الفهد قادرة على التزاوج مع أكثر من ذكر واحد في كل بطن من الأشبال. وتخضع لعملية تحفيز الإباضة، مما يعني إنتاج بويضة جديدة في كل مرة تتزاوج فيها الأنثى. ومن خلال التزاوج مع ذكور متعددة، تزيد الأم من التنوع الجيني داخل بطن الأشبال الواحد. ^{[ 38 ]}

تُعرف محاولات تعزيز بقاء الأنواع عن طريق زيادة التنوع الجيني باسم الإنقاذ الجيني. فعلى سبيل المثال، أُدخلت ثمانية فهود من تكساس إلى قطيع فهود فلوريدا ، الذي كان يتناقص ويعاني من ضعف التزاوج الداخلي. وبذلك، ازداد التنوع الجيني، مما أدى إلى زيادة ملحوظة في نمو قطيع فهود فلوريدا. ^{[ 39 ]} ويُعدّ خلق أو الحفاظ على تنوع جيني عالٍ أحد الاعتبارات المهمة في جهود إنقاذ الأنواع، لضمان استمرارية القطيع.