بين التكيف الجيني والمرونة المظهرية: أسماك الشعاب المرجانية وتغير المناخ

بقلم: فاطمة الزهراء عبد المجيد

تحدثنا في المقال السابق عن تغير المناخ، وكيف أنه بالغ التأثير على الأسماك من خلال ارتفاع درجات الحرارة وتحمُّض المحيطات ونقص الأكسجين. ونحن في هذا المقال بصدد الحديث عن استجابة الأسماك لتلك التغيرات البيئية.

التكيف الجيني والمرونة المظهرية

عند الحديث عن استجابة الكائنات الحية للتغيرات البيئية، ينبغي علينا أن ننظر إليها من زاوية تطورية. ذلك بأن تلك التغيرات تحدث عبر أجيال من النوع الواحد ⁽¹⁾. وتواجه الكائناتُ الحية التغيراتِ البيئية السريعة بثلاث إستراتيجيات: الأولى هي البقاء في مكانها وتحمل الظروف المحلية، والثانية هي التكيف عن طريق المرونة المظهرية أو التغيير الجيني، والثالثة هي تغيير أماكنها وتوزيعاتها الجغرافية ⁽²⁾.

وسوف نجعل تركيزنا في هذا المقال على الإستراتيجية الثانية التي تؤدي إلى تأقلم الكائنات بـ«المرونة المظهرية» (Phenotypic Plasticity) أو إلى تكيفها عبر الانتخاب الطبيعي على مستوى الجينات (التطور) ⁽³⁾. ويشار هنا إلى أن المرونة المظهرية والتكيف الجيني لا يستبعد أحدهما الآخر ⁽⁴⁾؛ فالمرونة تيسر التغير التطوري التكيفي أو تعيقه استجابةً لتغير البيئة، كما أن حجم المرونة المظهرية واتجاهها بإمكانهما التطور استجابةً للانتخاب الطبيعي ⁽⁵⁾.

والفارق بين المرونة المظهرية وبين التكيف الجيني هو أن الأولى تسمح للنمط الجيني الواحد بأن يتمظهر في عدة أنماط في ظل بيئات مختلفة، بينما التكيف الجيني يتضمن «تمايزًا جينيًا» (Genetic Differentiation) ⁽⁶⁾ خاصًا بكل بيئة ⁽⁷⁾. وتنقسم المرونة المظهرية إلى قسمين:

• المرونة النمائية: وهي التي تُستحَث من خلال الأمشاج الأبوية والبيئة الجنينية للنسل.
• المرونة الانعكاسية: وهي التي يُظهِرها الكائن الحي خلال حياته فيما يُسمَّى بـ”التأقلم” ⁽⁸⁾.

استجابة أسماك الشعاب المرجانية لتغير المناخ

1. المرونة المظهرية

أسماك الشعاب المرجانية من أكثر الكائنات حساسيةً لتغير المناخ نظرًا لعيشها قرب حدودها الحرارية، وخصوصًا تلك التي تعيش في المسطحات المائية الاستوائية ⁽³⁾. ويُعرَّف «الحد الحراري» (Thermal Limit) على أنه مدى درجات الحرارة التي يمكن للكائنات الحية تحمُّلها عند التعرض لها لمدة قصيرة، ويقل عندها «الأداء الوظيفي الأمثل» للكائنات (Performance Optima) ⁽⁹⁾.

وتعود أصول أسماك الشعاب المرجانية إلى عصور جيولوجية ذات درجات حرارة وتركيزات من ثاني أكسيد الكربون أعلى من نظائرها الحالية ⁽¹⁰⁾، لذا فمن المفترض أنها قادرة على التأقلم مع التغيرات المتوقعة ⁽¹¹⁾، وذلك من خلال مقدرتها على تنظيم التركيزات الحمضية-القاعدية للأيونات، وكذلك ضمان وصول الأكسجين إلى الأنسجة في بيئة ذات تركيزات عالية من ثاني أكسيد الكربون ⁽¹²⁾.

وللمفارقة، فإن للحفاظ على وظائف الأعضاء لأسماك الشعاب المرجانية ضريبةٌ تدفعها الأنظمة الحسية والاستجابة السلوكية لتلك الأسماك، ومن المرجَّح أن ذلك يحدث نتيجة للارتباط بين التركيزات الأيونية الحمضية-القاعدية وبين وظيفة الناقل العصبي (GABA-A) ⁽³⁾.

وتقترح دراسة أخرى أن بإمكان أسماك الشعاب المرجانية أن تتأقلم من خلال المرونة المظهرية العابرة للأجيال ⁽¹³⁾ عن طريق آليات فوق جينية تعمل على الصفات المتعلقة بعمليات الأيض ⁽¹⁴⁾، ويعزز ذلك من احتمالية تكيف «النطاق التنفسي/الهوائي» (Aerobic Scope) لديها مع درجات الحرارة العالية، بينما يتقلص حجم أجسادها ضريبة لذلك ⁽¹⁴⁾.

وفي دراسة تتبَّعت التغيرات التي تحدث في أنسجة أسماك الشعاب المرجانية للتأقلم مع ارتفاع درجات الحرارة، لاحظ العلماء اختلافًا بين أنواعها في بداية تأقلمها ⁽¹⁵⁾؛ فالنوع (C. cuning)أظهر تأقلمًا ملحوظًا منذ الأسبوع الأول للتعرض لدرجات الحرارة، بينما أظهر النوع الثاني (C. quinquelineatus)تأقلمًا متأخرًا وأقل من النوع الأول، كما ظهرت وفيات بين أعداده بنسبة 79% في الأسبوع الأول، مما يشير إلى اختلاف درجة التأقلم باختلاف صفات النوع؛ فالأول نشيط ومتحرك، والثاني ثابت في مكانه. ويعود ذلك في الأغلب إلى «التطور المتباعد» للنوعين (Divergent Evolution) ⁽¹⁵⁾.

2. التكيف الجيني التطوري

أما بالنسبة للتكيف الجيني، فإن التماثل في “درجات الحرارة المُثلى” للنطاق الهوائي بين مجموعات الأسماك الاستوائية وتلك التي تقبع عند خطوط العرض العليا- يشير إلى أنه لم يكن هناك “تكيف محلي” قوي مع البيئات الحرارية لتلك الأسماك ⁽¹⁶⁾. والنطاق الهوائي هو الفرق بين المعدل الأعلى والأقل لاستهلاك الأكسجين لدى الحيوانات في حالة الراحة ⁽¹⁷⁾. ويقل النطاق الهوائي حين تقل درجة الحرارة أو ترتفع عن درجة معينة. وعند ارتفاع درجات الحرارة، تقلل الحيوانات من الطاقة المستهلَكة في التغذية والتكاثر، فتقل لياقتها ⁽¹⁷⁾. وتكون درجة الحرارة حرجة (مميتة) عندما يستهلك الحيوان السعة القصوى للأكسجين لديه في تلبية احتياجاته التنفسية الأساسية. ووفقًا لذلك، فالنطاق الهوائي يعبر عن قدرة الحيوان على تعزيز لياقته في بيئته أكثر من مجرد الحفاظ على الأداء الأساسي ⁽¹⁸⁾.

يتفق هذا مع دراسة أخرى تستبعد احتمالية التكيف التطوري للأسماك المدارية التي تعيش قرب حدودها الحرارية ⁽¹⁹⁾. وفي دراسة حديثة، لاحظ العلماء أن أسماك الشعاب المرجانية في الخليج العربي أقل تنوعًا ووفرة من نظيراتها في خليج عُمان، مما يدل على أن الظروف البيئية القاسية تؤدي إلى تدهور «التنوع البيولوجي» (Biodiversity) لأسماك الشعاب المرجانية و«إنتاجيتها» (Productivity). وبالتبعية، فإن قلة التنوع البيولوجي وجه آخر لقلة «التنوع الجيني» (Genetic Variation) الضروري للتكيف عن طريق الانتخاب الطبيعي ⁽²⁰⁾.

لكن، وبرغم ذلك، هناك بصيص من الأمل لأسماك الشعاب المرجانية للتكيف عبر قوى تطورية أخرى بجانب الانتخاب الطبيعي، حيث تقترح دراسة أخرى أن بعض أنواع أسماك الشعاب المرجانية بإمكانها التكيف الجيني عبر «الانحراف الوراثي» (Genetic Drift) والانعزال الجغرافي ⁽²¹⁾، والبعض الآخر عبر الانتخاب الطبيعي ⁽²²⁾.

وفي دراسة حديثة شملت نوعًا من أسماك الشعاب المرجانية يُدعَى «شقائق النعمان» واسمه العلمي (A. melanopus)، لاحظ العلماء «تغيرات في الجينات النمائية» (Ontogenetic Changes) ليرقات الأسماك والتي تعبر عن البروتينات المرتبطة بالأكسجين، ومن المرجَّح أن هذه التغيرات هي المسؤولة عن التغيرات الفسيولوجية اللازمة لليرقات لاستقطابها إلى الشعاب المرجانية ⁽²³⁾، وذلك لأن اليرقات تحتاج إلى قدرة عالية على السباحة في مواجهة تيارات المحيط حتى تصل إلى الشعاب المرجانية، ومن ثمَّ عليها أن تغير من وظائفها الحيوية بسرعة كافية لتتكيف مع نقص الأكسجين ليلًا في بيئتها الجديدة ⁽²⁴⁾.

الخلاصة

لقد طورت الأسماك عبر تاريخها التطوري إستراتيجيات عديدة للتعامل مع التغيرات المناخية والبيئية التي تتعرض لها، ومن بينها أسماك الشعاب المرجانية التي يتراوح عدد أنواعها ما بين 6000 إلى 8000 نوع ⁽²⁵⁾. وحيث تعود أصولها لأكثر من 66 مليون عامًا ⁽²⁶⁾، فقد استطاعت أن تواجه درجات حرارة أقسى من درجات الحرارة الحالية وتركيزات أعلى من التركيزات الحالية لثاني أكسيد الكربون. ومن خلال المرونة المظهرية والتكيف الجيني، تحاول أسماك الشعاب المرجانية أن تواجه التحديات المناخية الحالية التي ستتفاقم آثارها في العقود القادمة. وفي النهاية، ربما تستطيع أنواعٌ من هذه الأسماك الصمود أمام تلك التحديات، وربما لا يستطيع البعض الآخر ذلك.

المصادر: