طفرة وراء العمى الليلي لدى البشر تساعد أسماك القرش الحوتي على الرؤية في الظلام

حتى بكرة خيوط صيد السمك لن تفي لتقدير حجم سمك القرش الحوتي Whale shark. فهذه الأسماك – وهي الأكبر على وجه الأرض – تمتد حتى 18 متراً، وتزن ما يعادل وزن فيلين. فلا تنتهي صيغ التفضيل عند هذا الحد: فلأسماك القرش الحوتي أيضاً واحدة من أطول النطاقات الرأسية لأي مخلوق بحري، حيث يتغذى هذا الكائن بترشيح الطعام من سطح المحيط ثم يغطس نزولا إلى ما يقرب من 2,000 متر في غياهب الهاوية.

والسباحة بين المياه السطحية المضيئة والبحر العميق شديد السواد لابد وأنها ترهق أعين القرش، مما يجعل أسلوب حياتها شاقا. ولكن الباحثين اكتشفوا الآن التركيبات الجينية التي تحول دون حدوث ذلك.

الدراسة، التي نُشرت في الأسبوع الثالث من شهر مارس 2023 في وقائع الأكاديمية الوطنية للعلوم Proceedings of the National Academy of Sciences، حددت طفرة جينية تجعل الصبغة البصرية في شبكية القرش الحوتي أكثر حساسية للتغيرات في درجات الحرارة. ونتيجة لذلك، تُنشَّط الصبغات Pigments – التي تستشعر الضوء الأزرق في البيئات المعتمة – في أعماق البحار الباردة، ومن ثم يُبطل مفعولها عندما تعود أسماك القرش إلى السطح معتدل درجة الحرارة لتتغذى، مما يسمح لها بإعطاء الأولوية لأجزاء مختلفة من مدى الرؤية وفقا للأعماق مختلفة. ومن المفارقات أن هذا التعديل الجيني Genetic alteration يشبه بشكل مدهش التغيير الذي يؤدي إلى تدهور صبغات شبكية العين البشرية، مما يتسبب في العمى الليلي Night blindness.

لا يزال من غير الواضح سبب غوص أسماك القرش الحوتي عميقا. نظراً لندرة الفريسة في هذه الأعماق، فقد يكون هذا السلوك مرتبطاً بالتزاوج. بغض النظر عن ذلك، تعتمد أسماك القرش الحوتي على صبغة حساسة للضوء في شبكية عينها تسمى رودوبسين Rhodopsin للتنقل في المياه المعتمة. وعلى الرغم من أن الصبغات أقل فائدة في الموائل Habiat المشمسة، إلا أنها تساعد العديد من الفقاريات Vertebrates – بمن في ذلك البشر – على استكشاف البيئات منخفضة الإضاءة. في أعماق البحار، تتم معايرة Calibrated صبغات رودوبسين في عيون القرش الحوتي بشكل محدد لرؤية الضوء الأزرق – اللون الوحيد الذي يصل إلى هذه الأعماق.

كشفت الأبحاث السابقة أن أسماك القرش القطيَّة الغائمة Cloudy catsharks سيولورنوس تورازامي Scyliorhinus torazame التي تعيش في القاع تحتوي على صبغات معايرة مماثلة في أعينها لاكتشاف الضوء الأزرق. ولكن أسماك القرش الصغيرة هذه سعيدة بالبقاء في الأعماق، مما يجعل أسماك القرش الحوتي هي أسماك القرش الوحيدة المعروفة التي لديها هذه الصبغات في المياه الضحلة. في المياه المضيئة، يمكن أن تكون هذه الصبغات المستشعرة للضوء الأزرق بمثابة عائق أمام رؤية أنواع أخرى من الضوء، لكن أسماك القرش الحوتي لا تزال قادرة على المناورة بسهولة في حين هي تبتلع المأكولات البحرية.

لمعرفة ما يجعل رؤية القرش الحوتي متعددة الاستخدامات في كل من المياه المضيئة والمعتمة، شرَّح شيجهيرو كوراكو Shigehiro Kuraku – عالم البيولوجيا التطورية في المعهد الوطني الياباني لعلم الوراثة National Institute of Genetics – وزملاؤه عين قرش الحمار الوحشي Zebra shark، وهو قريب من أقرباء أسماك قرش الحوتي، ويتردد على الشعاب المرجانية، وإن كان له نطاق عمودي أقل امتدادا. قارنوا المعلومات الجينية المستخلصة من أنسجة قرش الحمار الوحشي بالبيانات الجينية للقرش الحوتي المنشورة سابقاً لتحديد موضع اختلاف الشيفرة الجينية لقرشين.

وقد حددوا نقطتين – الموقع 94 و178 على الحمض النووي DNA لأسماك القرش – حيث كانت هناك طفرات Mutations غيرت تكوين الأحماض الأمينية لبروتين رودوبسين. وكانت الطفرة في الموقع 94 مثيرة للاهتمام بصورة خاصة. ويحدث استبدال الأحماض الأمينية نفسه في سمك القد الصخري الأسود Black rockcod، وهو أحد سكان أعماق البحار حول القارة القطبية الجنوبية والذي يمكنه أيضاً رؤية الضوء الأزرق. وقاد هذا الفريق إلى استنتاج أن «الانزياح الأزرق» Blue shift في رؤية القرش الحوتي مرتبط بشكل أساسي بالطفرة في الموقع 94.

أسماك القرش الحوتي وسمك القد الأسود ليستا الكائنات الحية الوحيدة التي لديها طفرة في الموقع 94. في البشر، يؤدي التغيير الجيني إلى تقليل استقرار وفعالية صبغات رودوبسين في شبكية العين، مما يؤدي إلى حالة تعرف بالعمى الليلي (العشى) الخَلْقيCongenital stationary night blindness. ويعاني هؤلاء المصابون ضعفا في الرؤية بحالات الإضاءة المنخفضة.

يقترح الباحثون أن هناك عملية مماثلة في شبكية القرش الحوتي. ومن خلال التلاعب بالأحماض الأمينية في الموقعين 94 و178 في كل من أنسجة القرش الحوتي وحوت الحمار الوحشي في المختبر، وجدوا أن صبغات الرودوبسين في هذه الأسماك تكون أقل استقراراً وتتحلل في درجات الحرارة الأكثر دفئاً. وهذا يعني أن صبغات استشعار الضوء الأزرق الخاصة بها من المحتمل أن تكون أكثر فاعلية في المياه الأعمق والأكثر برودة مقارنة بالسطح الأكثر دفئاً.

نتيجة لذلك، تكون رؤية أسماك القرش الحوتي في حالة تحول Flux أثناء ارتحالها إلى أعلى عمود الماء أو أسفله، لأن درجات الحرارة المتغيرة تُنشِّط وتُبطل تنشيط صبغات استشعار الضوء الأزرق. يقول كوراكو: «يتم تفعيل الرؤية الزرقاء لأسماك القرش الحوتي في المياه العميقة، في حين يتم إيقافها بالقرب من السطح». فضبط هذه الصبغات في الأعماق الضحلة يتيح لأسماك القرش رؤية مجموعة من الألوان المتاحة بدلاً من التركيز على الضوء الأزرق فقط.

تستخدم العديد من الكائنات الغواصة الأخرى -مثل حيتان العنبر – استراتيجية مماثلة من خلال ضبط صبغاتها على ضوء أزرق فاتح في الأعماق المعتمة، كما يشير جيفري فاسيك Jeffry Fasick، عالم الإيكولوجيا البصرية Visual ecologist في جامعة تامبا University of Tampa الذي لم يشارك في الدراسة الجديدة.

لكن ما يميز أسماك القرش الحوتي عما سواها هو أنها تستفيد بصرياً من طفرة تفسد الصبغات. يقول فاسيك: «إنه أمر مثير للاهتمام لأنها لا ينبغي أن تكون طفرة مفيدة للحيوان أثناء تطوره، ومع ذلك نجدها شائعة عبر معظم الأنواع الحية Species. فهي تعدِّل حساسيتها بما يتلاءم مع ما هو متاح من الضوء».

جاك تيمايزيا Jack Tamisiea

الكاتب

جاك تيمايزيا هو صحافي علمي مستقل مقيم في واشنطن العاصمة، ويغطي العلاقة بين التاريخ الطبيعي وعلوم البيئة. إضافة إلى العلوم عموما. وقد نُشرت أعماله في ذ نيويورك تايمز The New York Times، وساينتفيك أميريكان Scientific American، وناشونال جيوغرافيك National Geographic، ومجموعة متنوعة من المنشورات الأخرى التي تركز على العلوم. يمكنك قراءة المزيد من أعماله على موقعه على الإنترنت: https://jacktamisiea.com.

تنقيح: فريق مجلة العلوم

ترجمة: Google Translate

©2023, American Association for the Advancement of Science. All rights reserved