علم الوراثة القديمة

📅 آخر تحديث: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
✍️ نُشر في: ٢٣ يوليو ٢٠٢٦
📷 يحتوي على 1 صور
الموسوعة الحرة

علم الوراثة القديمة هو دراسة الماضي من خلال فحص المادة الوراثية المحفوظة من بقايا الكائنات الحية القديمة. [ 1 ] [ 2 ] وقد صاغ إميل زوكيركاندل ولينوس باولينغ هذا المصطلح عام 1963، قبل وقت طويل من تسلسل الحمض النووي ، في إشارة إلى إمكانية إعادة بناء تسلسلات عديد الببتيد المقابلة للكائنات الحية القديمة. [ 3 ] ونُشر أول تسلسل للحمض النووي القديم ، المعزول من عينة متحفية لحيوان الكواجا المنقرض ، عام 1984 من قِبل فريق بقيادة آلان ويلسون . [ 4 ]

لا يقوم علماء الوراثة القديمة بإعادة بناء الكائنات الحية، بل يجمعون تسلسلات الحمض النووي القديمة باستخدام أساليب تحليلية متنوعة. [ 5 ] تُعدّ الأحافير "الشاهد المباشر الوحيد على الأنواع المنقرضة وعلى الأحداث التطورية" [ 6 ] ، ويكشف العثور على الحمض النووي داخل هذه الأحافير عن معلومات هائلة حول هذه الأنواع، وربما عن كامل وظائفها الفيزيولوجية والتشريحية.

يعود تاريخ أقدم حمض نووي تم تسلسله حتى الآن إلى حوالي مليوني عام، وقد تم استخراجه من رواسب في شمال جرينلاند. [ 7 ]

التطبيقات

تطور

توجد تسلسلات الحمض النووي المتشابهة والبروتينات المشفرة بها في أنواع مختلفة. يرتبط هذا التشابه ارتباطًا مباشرًا بتسلسل الحمض النووي (المادة الوراثية للكائن الحي). ونظرًا لاستبعاد أن يكون هذا التشابه محض صدفة، ولأن استمراريته طويلة جدًا بحيث لا يمكن عزوها إلى التقارب عن طريق الانتقاء الطبيعي ، فإن أفضل تفسير لهذه التشابهات هو الأصل المشترك. وهذا يسمح بمقارنة تسلسلات الحمض النووي بين الأنواع. يمكن استخدام مقارنة تسلسل جيني قديم بتسلسلات لاحقة أو حديثة لتحديد العلاقات السلفية، بينما يمكن مقارنة تسلسلين جينيين حديثين لتحديد الفترة الزمنية منذ آخر سلف مشترك لهما، ضمن هامش الخطأ .

يُمكّن البحث في الحمض النووي القديم العلماء من الكشف عن كيفية عيش الكائنات الحية في الماضي، بما في ذلك فهم صحتها، وتركيبها الجيني، وتفاعلاتها مع بيئتها. ومن الطرق المستخدمة في هذا المجال علم الجينوم البيئي، الذي يدرس جميع الحمض النووي في عينة بيئية لتحديد الكائنات الحية المختلفة.

التطور البشري

يمكن للبيانات الجينية أن توفر فهمًا جديدًا لتطور الجينات البشرية وكيفية انتقال الأمراض. وقد مثلت البقايا البشرية الأثرية القديمة وسيلةً لرؤية كيف تغيرت بنية الإنسان عبر الزمن.  

باستخدام عظم فخذ أنثى من إنسان نياندرتال ، تم تحليل 63% من جينوم إنسان نياندرتال، مما أتاح مقارنة مليارات القواعد مع جينوم الإنسان الحديث. وأظهرت النتائج أن إنسان نياندرتال كان أقرب الأقارب الأحياء للإنسان العاقل، حتى انقرضت السلالة الأولى قبل 30,000 عام. وتبين أن جينوم إنسان نياندرتال يقع ضمن نطاق التباين الجيني لجينومات الإنسان الحديث تشريحياً، وإن كان على أطراف هذا النطاق. ويتشارك إنسان نياندرتال والإنسان الحديث في كمية من الحمض النووي (DNA) تفوق ما يتشاركه أي منهما مع الشمبانزي. كما وُجد أن إنسان نياندرتال كان أقل تنوعاً جينياً من الإنسان الحديث، مما يشير إلى أن إنسان نياندرتال نشأ من مجموعة تتكون من عدد قليل نسبياً من الأفراد. وتشير تسلسلات الحمض النووي إلى أن الإنسان العاقل ظهر لأول مرة في أفريقيا قبل ما بين 130,000 و250,000 عام تقريباً .

يفتح علم الوراثة القديمة آفاقًا جديدة لدراسة تطور وانتشار أشباه البشر. فمن خلال تحليل جينومات بقايا أشباه البشر ، يستطيع الباحثون تتبع سلالاتهم وتقدير أصولهم المشتركة. وقد يُظهر نوع دينيسوفا من أشباه البشر، الذي عُثر عليه في سيبيريا واستُخلص منه الحمض النووي، دلائل على امتلاكه جينات غير موجودة في أي من جينومات إنسان نياندرتال أو الإنسان العاقل ، مما قد يُمثل سلالة أو نوعًا جديدًا من أشباه البشر.

تطور الثقافة

يُمكن أن يُتيح تحليل الحمض النووي فهمًا أعمق لأنماط حياة البشر في الماضي. فقد ربطت أبحاث علم الوراثة القديمة التغيرات الجينية بالتطور الثقافي والسلوكي في المراحل المبكرة من حياة الإنسان. ويُشير الحمض النووي لإنسان نياندرتال إلى أنهم عاشوا في مجتمعات صغيرة مؤقتة. [ 8 ] كما يُمكن لتحليل الحمض النووي أن يُظهر القيود الغذائية والطفرات، مثل عدم تحمل إنسان نياندرتال لللاكتوز . [ 8 ] وقد أظهرت دراسات المجتمعات الزراعية القديمة كيف أن هجرة الزراعة وتدجين الحيوانات في أوروبا خلال العصر الحجري الحديث ترافقت مع اختلاط جيني بين مزارعي الشرق الأدنى والصيادين وجامعي الثمار المحليين. وقد سهّلت هذه النتائج مقارنة البيانات الجينية بالتحولات الثقافية الموثقة في السجلات الأثرية. [ 9 ]

علم الآثار

استعادة وإعادة بناء الحمض النووي القديم

لقد شهدت دراسة البقايا الأثرية تطورات كبيرة، مثل استخلاص الحمض النووي القديم . [ 10 ] يتطلب استخلاص الحمض النووي عزله. [ 10 ] عادةً ما تتعرض المواد القديمة لظروف بيئية قاسية، مما يُصعّب تحليلها. [ 10 ] لذلك، يعتمد الباحثون على تقنيات متعددة لاستخلاص الحمض النووي والحصول على أكبر قدر ممكن منه. وقد برزت تقنية تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR) في ثمانينيات وتسعينيات القرن الماضي. [ 10 ] تُستخدم هذه التقنية لأخذ نسخ متعددة من مناطق محددة في الحمض النووي. استخدم الباحثون تقنية PCR للبحث عن أوجه التشابه بين هذه النسخ، مما ساعد في ترسيخ نتائجهم المتعلقة بالحمض النووي. [ 10 ] لم تعد تقنية PCR التقنية الوحيدة لاستخلاص الحمض النووي القديم. [ 10 ] على وجه الخصوص، برزت أساليب المكتبات وتقنيات التسلسل عالي الإنتاجية (HTS) في استخلاص الحمض النووي وتحليله. [ 10 ] تشمل الطرق الأخرى لاستعادة شظايا الحمض النووي بروتوكولات الاستخلاص القائمة على السيليكا ، والهضم المسبق الخفيف للعينات المتكلسة، وطرق اختيار الأنسجة وأخذ العينات. [ 10 ]

تشمل المناطق التي يسهل على الباحثين جمع الحمض النووي منها العظام والأسنان. [ 10 ] بعد استخلاص الحمض النووي، يكون مجزأً ، لذا يلزم استخدام تقنيات أخرى لإعادة بنائه. تتضمن العديد من تقنيات إعادة بناء الحمض النووي، المشابهة لتقنيات الاستخلاص، تفاعل البوليميراز المتسلسل (PCR)، ومسارات التسلسل عالي الإنتاجية (HTS)، واستراتيجيات بناء المكتبات، وطرق الإثراء والتقاط الهدف، والتحقق من صحة البيانات ونمذجة التلف، وإعادة بناء الإبيجينوم . [ 10 ]

مرض قديم

يُتيح لنا تحليل الحمض النووي للمتوفين الاطلاع على التاريخ الطبي للجنس البشري، وذلك من خلال دراسة الحمض النووي لمسببات الأمراض التي أصابتهم في الماضي. وبالعودة إلى الماضي، يُمكننا اكتشاف متى ظهرت أمراض معينة لأول مرة وبدأت تُصيب البشر. وبمجرد استخراج الحمض النووي، تبدأ عملية إعادة بناء الجينوم . ويُعد تحليل الحمض النووي القديم الطريقة الأبرز لإعادة بناء الجينومات، لا سيما في البقايا القديمة. وبشكل عام، تم التعرف على أصول العديد من الأمراض المختلفة من خلال تحليل الحمض النووي القديم. [ 11 ]

أوتزي

بقايا أوتزي المحنطة المعاد بناؤها، رجل الثلج. وقد ساهم حمضه النووي المحفوظ في فهم أعمق لعلم الوراثة البشرية القديمة.

توفي أوتزي حوالي عام 3300 قبل الميلاد، وعُثر على رفاته متجمدة في جبال الألب الشرقية، بالقرب من الحدود النمساوية الإيطالية، عام 1991 على يد اثنين من المتنزهين. خضعت مادته الوراثية للتحليل في العقد الثاني من القرن الحادي والعشرين. [ 12 ] وقد أتاح تحليل حمضه النووي فهمًا أعمق للحياة في عصور ما قبل التاريخ، أو تحديدًا، للعصر النحاسي في أوروبا. [ 13 ] ووفقًا لتحليل حمضه النووي، كان لأوتزي عيون بنية وبشرة سمراء. وكشفت دراسة لاحقة أنه كان يعاني من عدم تحمل اللاكتوز، وقد افترض العلماء أن هذا الأليل كان نادرًا في العصر النحاسي، بينما كان يُعتقد سابقًا أنه انتشر في العصور الوسطى. [ 13 ] يُعد أوتزي أقدم حالة مُسجلة لبكتيريا بورليا بورغدورفيري ، المعروفة أيضًا باسم داء لايم. [ 13 ] وقد أثار وجود داء لايم في عظامه تساؤلات حول تأثير المرض التاريخي والأعراض التي ربما سببها لدى السكان القدماء.

تدجين الحيوانات

لا يقتصر الأمر على إمكانية دراسة الإنسان القديم من خلال علم الوراثة القديمة، بل يمكن أيضًا دراسة الكائنات الحية التي تأثرت به. فمن خلال فحص التباين الموجود في الأنواع المستأنسة ، كالأبقار ، والسجل الأثري لنظائرها البرية، يُمكن دراسة أثر الاستئناس. وهذا بدوره قد يُطلعنا على الكثير حول سلوكيات الحضارات التي استأنستها. كما تكشف جينات هذه الحيوانات عن سمات غير ظاهرة في البقايا الأحفورية، مثل بعض الدلائل على سلوكها ونموها ونضجها. ويمكن أن يُشير التنوع الجيني أيضًا إلى أماكن استئناس هذه الأنواع، وكيف هاجرت هذه الحيوانات المستأنسة من تلك المواقع إلى أماكن أخرى. [ 6 ]

ماشية تشينشوان

من الأمثلة على كيفية مساهمة علم الوراثة القديمة في فهم عملية التدجين دراسة أبقار تشينتشوان، وتحديدًا في الصين. [ 14 ] تُعدّ أبقار تشينتشوان الأصلية (QCC) السلالة التقليدية، أي السلالة التي لم يُجرِ عليها الإنسان أي تغيير أو تهجين انتقائي. [ 14 ] مع مرور الوقت، اختار المربون سلالات معينة من أبقار تشينتشوان مع سلالات أخرى تتميز بصفات مثل الحجم الأكبر أو جودة اللحم الأفضل، ثم قاموا بتهجين هذه الحيوانات معًا. [ 14 ] يُعرف نسل الأبقار الناتج عن التهجين الانتقائي بالسلالة الجديدة (QNC). [ 14 ] استخدم الباحثون التحليل الجينومي لمقارنة جينومات السلالة الجديدة (QNC) وأسلافها (QCC) وسلالة محلية أخرى تُسمى أبقار زايوشنغ (ZSC). [ 14 ] تحتوي كل من السلالة الجديدة (QNC) وأبقار زايوشنغ (ZSC) على أجزاء من حمضها النووي (DNA) من سلالات أوروبية من الأبقار الأوروبية ( Bos taurus )، والتي تتميز بخصائص مثل الحجم الكبير وجودة اللحم الأفضل. [ 14 ] تشابهت تسلسلات الحمض النووي لسلالات بوس توروس الأوروبية هذه بشكل أكبر في سلالتي QNC وZSC مقارنةً بسلالة QCC. [ 14 ] يشير هذا إلى أن التهجين مع الماشية الأوروبية هو على الأرجح ما أدى إلى زيادة حجم الجسم وتحسين جودة اللحم في سلالة QNC. [ 14 ] كما تم العثور على جينات معينة مثل MEF2A وSMAD2، المرتبطة بنمو العضلات في سلالة QNC. [ 14 ] بشكل عام، يمكن تحسين بعض الصفات عن طريق استهداف الجينات، ويمكن لعلم الجينوم القديم إثبات ذلك. [ 14 ]

التحديات

تحتوي البقايا القديمة عادةً على جزء صغير فقط من الحمض النووي الأصلي للكائن الحي، وغالبًا ما يكون مجزأً إلى تسلسلات قصيرة جدًا. هذه الشظايا القصيرة قد تُصعّب تجميع الجينوم ومحاذاة التسلسل بدقة، خاصةً في الأنواع التي لا توجد لها أقارب حديثة قريبة. [ 3 ] [ 15 ] ويعود ذلك إلى تحلل الحمض النووي في الأنسجة الميتة بفعل العوامل الحيوية وغير الحيوية. يعتمد حفظ الحمض النووي على عدد من الخصائص البيئية، بما في ذلك درجة الحرارة والرطوبة والأكسجين وضوء الشمس. تحتوي البقايا من المناطق ذات الحرارة والرطوبة العالية عادةً على كمية أقل من الحمض النووي السليم مقارنةً بتلك الموجودة في التربة الصقيعية أو الكهوف، حيث قد تبقى البقايا في ظروف باردة ومنخفضة الأكسجين لمئات الآلاف من السنين. [ 16 ] بالإضافة إلى ذلك، يتحلل الحمض النووي بسرعة أكبر بكثير بعد استخراج المواد، وتكون احتمالية احتواء العظام المستخرجة حديثًا على مادة وراثية قابلة للحياة أعلى بكثير. [ 6 ] بعد الاستخراج ، قد تتلوث العظام أيضًا بالحمض النووي الحديث (مثلًا من خلال ملامستها للجلد أو الأدوات غير المعقمة)، مما قد يؤدي إلى نتائج إيجابية خاطئة. [ 6 ] كما توجد تحديات تحليلية في تفسير بيانات علم الوراثة القديمة. قد يُظهر الحمض النووي القديم تلفًا بعد الوفاة يُحاكي طفرة جينية حقيقية، مثل تغيير أزواج القواعد، بينما هو في الواقع تحلل كيميائي. [ 17 ] يتطلب التمييز بين التباين التطوري والأخطاء الكيميائية برامج حاسوبية متقدمة لتكرار هذه العمليات. يستخدم العلماء النماذج والتجارب المتكررة لتحديد الاختلافات. ويمكنهم استخدام نتائجهم الجينية جنبًا إلى جنب مع الأدلة الأثرية لفهم الحضارة بشكل أفضل.

انظر أيضاً

مراجع

  1. ↑ براون، ت. أ.، وبراون، ك. أ. (أكتوبر 1994). "الحمض النووي القديم: استخدام البيولوجيا الجزيئية لاستكشاف الماضي". مقالات بيولوجية: أخبار ومراجعات في البيولوجيا الجزيئية والخلوية والتنموية . 16 (10): 719-726 . رمز Bibcode : 1994BiEss..16..719B . doi : 10.1002/bies.950161006 . PMID: 7980476. S2CID : 27567988 .  
  2. ^ Pääbo S، Poinar H، Serre D، Jaenicke-Despres V، Hebler J، Rohland N، وآخرون . (2004). "التحليلات الجينية من الحمض النووي القديم" . المراجعة السنوية لعلم الوراثة . 38 : 645–679 . دوى : 10.1146/annurev.genet.37.110801.143214 . بميد 15568989 .  
  3. 1 2 باولينغ إل، زوكيركاندل إي، هنريكسن تي، لوفستاد آر (1963). "علم الوراثة الكيميائية القديمة: دراسات "إعادة بناء" جزيئية لأشكال الحياة المنقرضة" . أكتا كيميكا سكاندينافيكا . 17 (ملحق): 9-16 . doi : 10.3891/acta.chem.scand.17s-0009 .
  4. ↑ هيغوتشي ر، باومان ب، فرايبرغر م، رايدر أو أ، ويلسون أ س (1984). "تسلسلات الحمض النووي من الكواجا، وهو حيوان منقرض من فصيلة الخيول". مجلة نيتشر . 312 (5991): 282-284 . Bibcode : 1984Natur.312..282H . doi : 10.1038/312282a0 . PMID 6504142. S2CID 4313241 .  
  5. ↑ جيبونز أ (ديسمبر 2010). "آلات زمنية صغيرة تعيد النظر في الحياة القديمة" . مجلة ساينس . 330 (6011). نيويورك، نيويورك: 1616. رمز Bibcode : 2010Sci...330.1616G . doi : 10.1126/science.330.6011.1616 . PMID 21163988 . "علم الوراثة القديمة: كشف أسرار الحمض النووي من العصور القديمة" . SciTechStory . 6 مارس 2011. مؤرشف من الأصل في 18 أكتوبر 2015.
  6. 1 2 3 4 جيجل إي إم (2008). "علم الوراثة القديمة لتدجين الماشية: تحديات منهجية لدراسة العظام الأحفورية المحفوظة في مركز التدجين في جنوب غرب آسيا". Comptes Rendus Palevol . 7 ( 2-3 ): 99-112 . Bibcode : 2008CRPal...7...99G . doi : 10.1016/j.crpv.2008.02.001 .
  7. ↑ كيار خ، وينتر بيدرسن إم، دي سانكتيس ب، دي كاهسان ب، كورنيليوسن تي إس، ميشيلسن سي إس، وآخرون . (ديسمبر 2022). "نظام بيئي عمره مليوني عام في جرينلاند تم اكتشافه بواسطة الحمض النووي البيئي" . طبيعة . 612 (7939): 283–291 . بيب كود : 2022Natur.612..283K . دوى : 10.1038/s41586-022-05453-y . بمك 9729109 . بميد 36477129 .   
  8. 1 2 ساي تي إتش (2009). "القصة الأولى: فريق يفك شفرة الحمض النووي لإنسان نياندرتال: مسودة الجينوم قد تكشف أسرار التطور البشري". أخبار العلوم . 175 (6): 5-7 . doi : 10.1002/scin.2009.5591750604 .
  9. ↑ غونزاليس-فورتس، جي، جونز، إي آر، لايتفوت، إي، بونسال، سي، لازار، سي، غراندال-دانغلاد، إيه، وآخرون (يونيو 2017). "أدلة جينومية قديمة على اختلاط متعدد الأجيال بين مزارعي العصر الحجري الحديث وجامعي الثمار من العصر الحجري الوسيط في حوض نهر الدانوب السفلي" . علم الأحياء الحالي . 27 (12): 1801-1810.e10. doi : 10.1016/j.cub.2017.05.023 . hdl : 10902/18587 . PMC 5483232 .  
  10. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 أورلاندو إل، جيلبرت إم تي، ويلرسليف إي (يوليو 2015). "إعادة بناء الجينومات والإبيجينومات القديمة" . مجلة نيتشر ريفيوز جينيتكس . 16 (7): 395-408 . doi : 10.1038/nrg3935 . ISSN 1471-0056 . PMID 26055157 .  
  11. ↑ ماليارتشوك أ.ب، أندريفا ت.ف، كوزنتسوفا إ.ل، كونيزيفا س.س، بروتاسوفا م.س، أورالسكي ل.إ، وآخرون . (مارس 2022). " علم جينوم مسببات الأمراض القديمة: التطورات الأولية والآفاق المستقبلية" . الكيمياء الحيوية (موسكو) . 87 (3): 242-258 . doi : 10.1134/S0006297922030051 . ISSN 0006-2979 . PMC 8916790. PMID 35526849 .    
  12. ↑ كيلر أ، غريفن أ، بول م، ماتزاس م، بويسغيرين ف، مايكسنر ف، وآخرون (فبراير 2012). "رؤى جديدة حول أصل ونمط رجل الثلج التيرولي كما استُنتج من تسلسل الجينوم الكامل" . نيتشر كوميونيكيشنز . 3 (2) 698. Bibcode : 2012NatCo...3..698K . doi : 10.1038/ncomms1701 . PMID 22426219 .  
    • باري دبليو (28 فبراير 2012). "رجل الثلج قد يحمل أقدم دليل على مرض لايم" . ديسكفري نيوز . مؤرشف من الأصل في 1 مارس 2012.
  13. 1 2 3 زنك أ (2024). “أوتزي، رجل الثلج – دروس من أبحاث المومياء الحديثة”. في فرانكين م، هارفاتي ك (محرران). Facetten der Osteologie: Festschrift zu Ehren von البروفيسور الدكتور يواكيم واهل . مطبعة جامعة توبنجن. دوى : 10.15496 / منشور - 66853 .
  14. 1 2 3 4 5 6 7 8 9 10 يو هـ، تشانغ ك، تشنغ غ، مي س، وانغ هـ، زان ل (2024-06-05). " تحليل على مستوى الجينوم يكشف عن التنوع الجينومي وبصمات الانتقاء في أبقار تشينشوان" . بي إم سي جينوميكس . 25 (1): 558. doi : 10.1186/s12864-024-10482-0 . ISSN 1471-2164 . PMC 11151602. PMID 38834950 .   
  15. ↑ كابلان م (10 أكتوبر 2012). "يبلغ عمر النصف للحمض النووي 521 عامًا" . أخبار الطبيعة . doi : 10.1038/nature.2012.11555 . S2CID 138901719 . 
  16. ↑ ويكمان ف (5 فبراير 2013). "ما هي مدة صلاحية الحمض النووي؟" . سلات .
  17. ↑ ويلرسليف إي، كوبر أ (7 يناير 2005). " ورقة بحثية. الحمض النووي القديم" . وقائع الجمعية الملكية ب: العلوم البيولوجية . 272 ​​(1558): 3-16 . doi : 10.1098/rspb.2004.2813 . ISSN 0962-8452 . PMC 1634942. PMID 15875564 .