ما هو الانتواع

ما هو الانتواع

الانتواع (بالإنجليزية: Speciation)‏ هو عملية تطورية تظهر بواسطتها أنواع جديدة من المخلوقات الحية. كان الأحيائيّ أوراتور فولر كوك هو أول من ابتكر مصطلح “speciation” (الانتواع) للدلالة على تشعب السلالات أو “التفرع الحيوي”، بخلاف المصطلح “النشوء المتجدد” أو “التطور السلالي” الذي يحدث ضمن السلالات.

تعريف الانتواع

الانتواع هو عملية داخل التطور تؤدي إلى تكوين أنواع جديدة متميزة يتم عزلها بشكل تناسلي عن بعضها البعض ، ويحدث التطور الافتراضي عندما يعمل التطور على إنشاء أنواع جديدة تختلف عن أسلافها على طول سلالة واحدة ، من خلال التغيرات التدريجية في السمات الفيزيائية أو الوراثية ، وفي هذه الحالة لا يوجد انقسام في شجرة السلالة ، وعلى العكس من ذلك ينشأ الانتواع أو التكاثر من حدث انقسام حيث تنقسم الأنواع الأم إلى نوعين متميزين ، غالبًا نتيجة للعزل الجغرافي أو قوة دافعة أخرى تنطوي على فصل السكان .

كيف تحدث العزلة التناسلية

تحدث العزلة التناسلية التي تعتبر جزءًا لا يتجزأ من عملية الانتواع بسبب الحواجز التناسلية ، والتي تتشكل نتيجة للاختلافات الجينية أو السلوكية أو المادية الناشئة بين الأنواع الجديدة ، وهذه إما آليات ما قبل الزيجوت ما قبل التزاوج ، على سبيل المثال ، الاختلافات في طقوس التودد أو الأعضاء التناسلية غير المتوافقة ، أو الأمشاج التي لا تستطيع التخصيب بين الأنواع ، وبدلاً من ذلك فهي ما بعد الزيجوت ما بعد التزاوج ، على سبيل المثال وفيات الزيجوت أو إنتاج نسل معقم ، وتؤدي العزلة الإنجابية إلى تعزيز التمييز بين الأنواع من خلال الانتقاء الطبيعي والانتقاء الجنسي .

وبالتالي الانتواع هو كيفية إنشاء نوع جديد من أنواع النباتات أو الحيوانات ، ويحدث عندما تنفصل مجموعة داخل الأنواع عن الأعضاء الآخرين من أنواعها وتطور خصائصها الفريدة ، وإن متطلبات بيئة مختلفة أو خصائص أعضاء المجموعة الجديدة ستميز الأنواع الجديدة عن أسلافهم .

تعيش أنواع مختلفة من هذه الطيور في جزر مختلفة في أرخبيل غالاباغوس ، الواقع في المحيط الهادئ قبالة أمريكا الجنوبية ، ويتم عزل العصافير من بعضها البعض عن طريق المحيط ، وعلى مدى ملايين السنين طور كل نوع من طيور الحسون منقارًا فريدًا يتكيف بشكل خاص مع أنواع الطعام الذي يأكله ، وتحتوي بعض العصافير على مناقير كبيرة غير حادة يمكن أن تكسر الأصداف الصلبة للمكسرات والبذور ، وتحتوي العصافير الأخرى على مناقير طويلة ورفيعة يمكن أن تستكشف زهور الصبار دون أن تطعن أشواك الصبار بالعصفور ، ولا تزال العصافير الأخرى تحتوي على مناقير متوسطة الحجم يمكنها الإمساك بالحشرات وإمساكها ، وبسبب عزلها لا تتكاثر الطيور مع بعضها البعض وبالتالي تطورت إلى أنواع فريدة ذات خصائص فريدة .

ما هي أنواع الانتواع

الانتواع اللوبي
يحدث الانتواع اللوبي عندما ينقسم نوع ما إلى مجموعتين منفصلتين يتم عزلهما عن بعضهما البعض ، والحاجز المادي مثل سلسلة جبال أو ممر مائي يجعل من المستحيل عليهم التكاثر مع بعضهم البعض ، ويتطور كل نوع بشكل مختلف بناءً على متطلبات بيئته الفريدة أو الخصائص الجينية للمجموعة التي تنتقل إلى النسل ، وعندما تشكل غراند كانيون في أريزونا ، لم تعد السناجب والثدييات الصغيرة الأخرى التي كانت يومًا جزءًا من مجموعة سكانية واحدة قادرة على الاتصال والتكاثر مع بعضها البعض عبر هذا الحاجز الجغرافي الجديد ، وخضع سكان السنجاب إلى الانتواع اللين ، واليوم يوجد نوعان منفصلان من السنجاب في الحافات الشمالية والجنوبية للوادي ، من ناحية أخرى ، استمرت الطيور والأنواع الأخرى التي يمكن أن تعبر هذا الحاجز بسهولة في التكاثر ولم يتم تقسيمها إلى مجموعات منفصلة .

الانتواع المحيطي
عندما تنفصل مجموعات صغيرة من الأفراد عن المجموعة الأكبر وتشكل نوعًا جديدًا ، يسمى هذا الانتواع المحيطية ، إن الحواجز المادية تجعل من المستحيل على أعضاء المجموعات التزاوج مع بعضهم البعض ، والفرق الرئيسي بين الانتواع اللوبي والمحيطي هو أنه في الانتواع المحيطي مجموعة واحدة أصغر بكثير من الأخرى ، ويتم نقل الخصائص الفريدة للمجموعات الأصغر إلى الأجيال المستقبلية من المجموعة مما يجعل هذه السمات أكثر شيوعًا بين تلك المجموعة وتميزها عن غيرها .

الانتواع شبه الموازي
في الأنواع شبه الموازية ينتشر النوع على منطقة جغرافية كبيرة ، وعلى الرغم من أنه من الممكن لأي عضو من الأنواع التزاوج مع عضو آخر ، إلا أن الأفراد يتزاوجون فقط مع أولئك في منطقتهم الجغرافية الخاصة بهم ، وتؤثر الأنواع المختلفة للموائل مثلها مثل الانتواع اللفظي والمتوسط ​​، على تطور أنواع مختلفة في الانتواع شبه المتوازي ، وبدلاً من فصلها بواسطة حاجز مادي ، يتم فصل الأنواع باختلافات في نفس البيئة .

يحدث الانتواع الموازي في بعض الأحيان عندما يكون جزء من البيئة ملوثًا ، وتترك أنشطة التعدين النفايات مع كميات كبيرة من المعادن مثل الرصاص والزنك ، ويتم امتصاص هذه المعادن في التربة مما يمنع معظم النباتات من النمو ، وبعض الأعشاب يمكن أن تتحمل المعادن مثل المعروف باسم عشب الفانيليا ، موطن لأوروبا وآسيا ولكنه موجود الآن في جميع أنحاء أمريكا الشمالية والجنوبية أيضًا ، وأصبح عشب نوعًا فريدًا من الأعشاب التي تنمو في مناطق غير ملوثة بالمعادن .

يمكن للمسافات الطويلة أن تجعل من غير العملي السفر للتكاثر مع أعضاء آخرين من الأنواع ، وتنقل بذور عشب الجاموس صفات الأعضاء في تلك المنطقة إلى النسل ، وفي بعض الأحيان يكون النوع الذي يتشكل من الانتواع شبه المتكافئ مناسبًا بشكل خاص للبقاء في نوع مختلف من البيئة عن الأنواع الأصلية .

الانتواع المتناظر
الانتواع المتناظر مثير للجدل ، وبعض العلماء لا يعتقدون بوجوده ، ويحدث الانتواع المتناظر عندما لا توجد حواجز مادية تمنع أي عضو من الأنواع من التزاوج مع الآخر ، وكل الأعضاء على مقربة من بعضهم البعض ، ويبدو أن نوعًا جديدًا ، ربما يعتمد على مصدر أو خاصية غذائية مختلفة يتطور تلقائيًا ، والنظرية هي أن بعض الأفراد يصبحون معتمدين على جوانب معينة من البيئة مثل المأوى أو مصادر الغذاء بينما البعض الآخر لا .

مثال محتمل على الانتواع المتعاطف هو يرقة التفاح ، حشرة تضع بيضها داخل ثمرة تفاحة مما يتسبب في تعفنها ، وعندما تسقط التفاحة من الشجرة تحفر اليرقات في الأرض قبل ظهورها مثل الذباب بعد عدة أشهر ، وضعت يرقة التفاح بيضها في الأصل في فاكهة أحد أقارب التفاح فاكهة تسمى الزعرور ، وبعد إدخال التفاح إلى أمريكا الشمالية في القرن التاسع عشر ، تطور نوع من اليرقات التي تضع بيضها فقط في التفاح ، ولا تزال أنواع الزعرور الأصلية تضع بيضها فقط في الزعرور ، والنوعان من اليرقات ليسا نوعين مختلفين حتى الآن ، لكن العديد من العلماء يعتقدون أنهم يخضعون لعملية الانتواع المتعاطف .

الانتواع الاصطناعي
هو خلق أنواع جديدة من قبل الناس ، ويتم تحقيق ذلك من خلال التجارب المعملية ، حيث يبحث العلماء في الغالب عن الحشرات مثل ذباب الفاكهة ، الانتواع الاصطناعي هو شكل الانتواع الذي يمكن تحقيقه من خلال إدخال التأثير البشري ، ومن خلال فصل السكان وبالتالي منع التكاثر أو عن طريق تعمد تكاثر الأفراد الذين لديهم سمات مورفولوجية أو وراثية مرغوبة ، يمكن للبشر أن يخلقوا أنواعًا جديدة متميزة ، ويُعرف هذا أيضًا باسم الانتقاء الاصطناعي ، وخضعت معظم الحيوانات والنباتات المستأنسة الحديثة للاختيار الاصطناعي .

على الرغم من أن تطور محاصيلنا وحيواناتنا الحديثة استغرق آلاف السنين ، فمن الممكن تصور عملية الانتقاء الاصطناعي في الأنواع التي لها دورات حياة قصيرة ، وقد ثبت الانتقاء الاصطناعي بشكل أكثر فعالية في أنواع ذبابة الفاكهة ، كما تظهر التجارب التي يتم فيها وضع الذباب في بيئات تحتوي على موارد أو موائل مختلفة التغييرات التي تحدث عندما يتكيف الذباب مع كل بيئة ، وبعد عدة أجيال يتم إزالة الذباب من المنطقة التجريبية ويسمح لهم بالتعايش ، على الرغم من أن السكان غير قادرين على التزاوج بسبب عملية العزلة التناسلية التي حدثت أثناء العزلة

العزل التكاثري

آليات الانعزال التكاثري أو حواجز التكاثر أو حواجز التهجين هي مجموعة من آليات، سلوكيات، وعمليات فيزيولوجية تمنع الأفراد المنتمين لأنواع مختلفة من إنتاج نسل عند التزاوج فيما بينهم، أو تحرص على أن يكون النسل الهجين عقيماً. هذه الحواجز تحافظ على وحدة النوع مع مرور الزمن، مما يقلل أو رأساً يعيق انسياب الجينات بين الأفراد التابعين لأنواع مختلفة، الأمر الذي يحافظ على السمات الخاصة بكل نوع.

لقد تم تصنيف آليات الانعزال التكاثري بعدة طرق. وقد صنَّفها اختصاصي علم الحيوان ارنست ماير إلى فئتين شاملتين: تلك التي تحدث قبل التخصيب (آنفة للتزاوج)، وتلك التي تحدث بعده (تالية للتزاوج). يتم التحكم بآليات الانعزال وراثيا، وقد أُظهر تجريبياً أنَّ هذه الآليات يمكن أن تتطور في أنواع يتداخل توزيعها الجغرافي (انتواع تماثلي)، أو كنتيجة للاختلاف التكيفي للأنواع الذي يصاحب الانتواع التبايني.

الدليل على الانتواع

الانتواع أثناء العمل
في صيف عام 1995م، نجت 15 من سحالي الإغوانا على الأقل من إعصار مارلين على طوفٍ مكوّنٍ من مجموعةٍ من الأشجار التي اقتلعها الإعصار. وركبوا أعالي البحار لمدة شهرٍ قبل أن يستعمروا جزيرة “أنغيلا” في البحر الكاريبي. ربما كانت تلك الأفراد هي الأولى من نوع “سحالي الإغوانا” التي تصل إلى الجزيرة، وإن كان هناك غيرهم من سحالي الإغوانا الباسلة المستعمرة لجزيرة أنغيلا فقد ماتوا قبل أن يستطيع البشر تسجيل وجودها.
سيحب علماء البيولوجيا التطورية أن يعرفوا ماذا سيحدث بعدها؟ هل ستنقرض سحالي الإغوانا المستوطنة للجزيرة؟ هل ستبقى على قيد الحياة مع تغيرٍ ضئيلٍ؟ أم أنها ستتكاثر بانعزالٍ عن بقية سحالي الإغوانا لتنتج أنواعاً جديدةً؟ قد نشاهد أول حدث انتواعٍ جغرافيٍ، ولكن لا يمكننا أن نكون متأكدين في وقتٍ قصيرٍ كهذا.
نموذجٌ معقولٌ
لدينا العديد من النماذج المعقولة لكيفية حدوث الانتواع، ولكن الحصول على قصةٍ من شاهد عيانٍ على حدث الانتواع الطبيعي صعبٌ بالنسبة لنا طبعاً، حيث أن أكثر هذه الأحداث تمت في الماضي البعيد. يمكننا معرفة أحداث الانتواع التي حدثت وغالباً نعرف متى حدثت، ولكن من الصعب أن نعرف كيف حدثت. ومع ذلك، يمكننا استخدام نماذجنا لصنع التنبؤات ومن ثم التحقق من تلك التنبؤات بمقارنتها مع ملاحظاتنا للعالم الطبيعي ونتائج التجارب. وكمثالٍ على ذلك، سنقوم بدراسة بعض الأدلة المتعلقة بنموذج الانتواع الجغرافيّ.
وجد العلماء الكثير من الأدلة التي تنسجم مع كون الانتواع الجغرافي وسيلةً شائعةً لتشكل أنواعٍ جديدةٍ:
أنماطٌ جغرافيةٌ: سنتنبأ بأن الكتل السكانية من نفس النوع في مواقع جغرافيةٍ مختلفةٍ ستكون مختلفةً وراثياً إذا حدث انتواعٌ جغرافيٌ. وهناك ملاحظاتٌ وفيرةٌ تشير بأن ذلك غالباً ما يكون صحيحاً. فعلى سبيل المثال، العديد من الأنواع تحوي ضمنها “تنوعاتٍ” إقليميةٍ والتي تختلف قليلاً وراثياً وفي المظهر أيضاً، كما هو الحال في البومة الشمالية المُرَقَّطة والبومة المكسيكية المُرَقَّطة. كما أن الأنواع الحلقية هي أمثلةُ مقنعةُ لكيفية إعطاء الاختلافات الوراثية من خلال تقليل الانسياب الوراثي والمسافة الجغرافية.

الانتواع المشترك

علم الأحياء التطوري هو أحد فروع علم الأحياء الذي يدرس العمليات التطورية التي أنتجت التنوع الحيوي على كوكب الأرض، بدءا من السلف الشامل الأخير. تشمل هذه العمليات كلا من الاصطفاء الطبيعي والسلف المشترك والانتواع.

ظهر هذا التخصص من خلال ما أطلق عليه جوليان هكسلي الاصطناع التطوري الحديث (من الثلاثينات) من فهم العديد من المجالات غير المرتبطة سابقا في البحث البيولوجي، مثل علم الوراثة وعلم البيئة والنظاميات وعلم الأحياء القديمة.

اتسع نطاق البحث الحالي ليغطي الهندسة الجينية للتكيف والتطور الجزيئي والقوى المختلفة التي تساهم في التطور بما في ذلك الاصطفاء الجنسي والانحراف الوراثي والجغرافيا الحيوية. يبحث المجال الجديد وهو علم الأحياء النمائي التطوري في كيفية التحكم في التخلق المضغي، وبالتالي خلق اصطناع أوسع يدمج علم الأحياء النمائي مع المجالات التي غطتها الاصطناعات البيولوجية السابقة.

الفروع الثانوية في علم الأحياء التطوري
التطور هو المفهوم المركزي الموحد في علم الأحياء. يمكن تقسيم علم الأحياء بطرق مختلفة. أحد هذه الطرق هي على مستوى التراتب الحيوي من الكائنات الجزيئية (علم الأحياء الجزيئي) إلى الكائنات الخلوية (علم الأحياء الخلوي) إلى الكائنات شديدة التعقيد. الطريقة الأقدم هي بناء على المجموعة التصنيفية (علم التصنيف) في مجالات مثل علم الحيوان وعلم النبات وعلم الأحياء الدقيقة، مما يعكس ما كان يُعتبر كتصنيفات الحياة الأساسية. الطريقة الثالثة هي من خلال الأسلوب، مثل علم الأحياء الميداني وعلم الأحياء الرياضي والتطور التجريبي وعلم الحفريات. يمكن ضم هذه الطرق البديلة في تقسيم الموضوع مع علم الأحياء التطوري لخلق فروع ثانوية مثل علم البيئة التطوري وعلم الأحياء النمائي التطوري.

حديثا، أدى المزج بين العلوم البيولوجية والعلوم التطبيقية إلى ظهور فروع جديدة كامتدادات منه، مثل علم الروبوتات التطوري والهندسة التطورية والخوارزمية التطورية وعلم الاقتصاد التطوري وعلم المعمار التطوري. تُطبق الآليات الرئيسية في التطور بصورة مباشرة أو غير مباشرة لإنتاج تصميمات مبتكرة أو لحل مشاكل سيكون من الصعب حلها بطرق أخرى. بالتالي فإن البحث الناتج في هذه الفروع التطبيقية يساهم في التقدم، خاصة بفضل الجهود في التطور في علم الحاسوب والمجالات الهندسية مثل الهندسة الميكانيكية.

التطور الجزئي

نظرية التطور الجزيئي المحايدة تنص على أنَّ معظم التغيرات التطورية على المستوى الجزيئي تعود إلى الانحراف العشوائي للمطفرات المحايدة من حيث الاصطفاء (أي أنها لا تؤثر على الصلاحية). موتو كيمورا كان من وضع هذه النظرية في أواخر الستينات وأوائل السبعينات. النظرية المحايدة تتوافق مع نظرية داروين للتطور بواسطة الاصطفاء الطبيعي: فهي تعترف بوجود التغيرات التكيفية وبأهميتها، ولكنها تفترض أنها جزء صغير من كل التغيرات التي يلاحظ أنها تثبت في تسلسلات الدنا. ومن ذلك الحين أخضعت هذه الفرضية للاختبار بالاستعانة باختبار مكدونالد-كريتمان، والنتائج لم تدعم النظرية في كل الأنواع.

تؤكِّد نظرية التطور الجزيئي المحايدة على أنَّ معظم التغيُّرات التطوريَّة التي تحدث على المستوى الجزيئي ومعظم التباين الموجود داخل الأنواع لا ينجم عن الانتقاء الطبيعي بل يعود للانحراف الجيني بشكلٍ أساسي، ويمكن تعريف الطفرات المحايدة بأنَّها تلك التي لا تؤثر على قدرة الكائن الحي على البقاء والتكاثر، وتسمح نظرية التطور الجزيئي المحايدة بإمكانية أن تكون معظم الطفرات ضارة أو غير مفيدة ولكنَّها من جهة أخرى ترى أنَّ هذه الطفرات يتمُّ إزالتها بسرعة وفعالية عن طريق الانتقاء الطبيعي، ولذلك فهي لا تقدِّم مساهمات هامة في الاختلاف داخل الأنواع الحيَّة وحتى فيما بينها على المستوى الجزيئي، وتفترض هذه النظريَّة أيضاً أنَّ مصير الطفرات المحايدة يتحدِّد من خلال الانحراف الوراثي العشوائي.

تمَّ اقتراح النظريَّة من قبل عالم الأحياء الياباني موتو كيمورا عام 1968، وعالمي الأحياء الأمريكيَّين جاك ليستر كينغ وتوماس جوكز عام 1969، ووصفها كيمورا بالتفصيل في كتابه النظريَّة الطبيعيَّة للتطور الجزيئي الصادر عام 1983، وفقاً لكيمورا يمكن تطبيق النظريَّة على التطور على المستوى الجزيئي في حين أنَّ التطوري الشكلي أو الظاهري يتمُّ التحكم به عن طريق الانتقاء الطبيعي كما افترض تشارلز داروين من قبل، حدث جدل واسع بعد النظرية المحايدة حول مفهوم “الاختلاف المحايد” وحول تفسير أنماط الانحراف الجزيئي وكيفيَّة حدوث تعدُّد الأشكال، بلغ هذا الجدل ذروته في سبعينات وثمانينات القرن الماضي، ومع ذلك تمَّ العثور على أدلَّة كثيرة تثبت حصول الاختيار على المستوى الجزيئي منذ ذلك الوقت وحتى الآن.

خاتمة عن الانتواع

معدل الانتواع

هناك جدال حول المعدل الذي تحدث به الانتواعات على مر وإو عر مقياس الزمن الجيولوجي نص الزمن الجيولوجي Geologic time . فبينما يدعي بعض الأحيائيون علم الأحياء التطوري التطوريون أنَّ أحداث الانتواع تبقى نسبيًا ثابتة على مر الزمن، هناك علم الأحياء القديمة علماء إحاثيون ، مثل نايلز إلدردج و ستيفن جاي غولد ، زعموا أنَّ الأنواع عادةً تبقى دون أن تتغير لفترات مديدة من الزمن، وإنَّ الانتواع يحدث فقط لفترات قصيرة نسبيًا. وجهة النظر هذه يطلق عليها اتزان مرقم التوازن المنقطع .

الانتواع التبايني

في الانتواع التبايني (أو الألوباتري، بحيث في الإغريقية ألو تدل على الاختلاف، و باتري على الوطن) إنك allopatric speciation ينقسم التجمع لتجمعين منعزلين جغرافيًا (وقد يحدث ذلك، على سبيل المثال، بفعل تجزؤ الموطن بسبب التغيرات الجغرافية كنشوء الجبال). ومن ثم يتباعد هذان التجمعان المنعزلان من حيث النمط الجيني و/أو نمط ظاهري الظاهري ، وذلك يحدث من خلال (أ) تعرضهما لضغوط اصطفاء طبيعي اصطفائية مختلفة. (ب) مرورهما انحراف وراثي بالانحراف الجيني بشكل مستقل عن بعضهما البعض. (ت) حدوث طفرات مختلفة في كل من التجمعين. وعندما يتواصل التجمعان مجددًا فيما بعد، فإنهما يكونان انعزال تكاثري منعزلين تكاثريا بسبب تطورهما وليس بمقدورهما تبادل الجينات بعد الآن.