گل‌ها چطور به وجود آمده‌اند؟

راز بقا: داروین شخصا بر رشد و به کمال رسیدن گیاهانش نظارت داشت. آن‌ها اکثر گونه‌های گیاهان را پرورش می‌داد و تبحر خاصی در پرورش گیاهان در انواع اکوسیستم‌ها از قبیل جنگل‌های بارانی تا چمنزار داشت. بر اساس گزارش نیویورک تایمز، او همچنین مزرعه را نیز به گلزار تبدیل کرده بود. بیشتر کالری مورد استفاده انسانی از گل‌ها بدست می‌آید که برای مصرف به صورت ذرت، برنج و گندم در می‌آیند. گل‌ها همچنین در مدل‌ها و رنگ‌های بسیار شگفت انگیزی از رز‌های تنومند و باشکوه تا ارکیده‌های شبیه به عنکبوت و نیلوفر‌های کالا شبیه به گلدون وجود دارند.

بر اساس فسیل‌های باقی مانده، داروین درباره‌ی فرگشت گل‌ها نظریه‌ای داشت. در آن زمان قدیمی‌ترین فسیل گل‌های یافت شده مربوط به سنگ‌هایی بود که از ۱۰۰ میلیون تا ۶۶ میلیون سال پیش در دوره کرتاسه تشکیل شده بودند. باستان شناسان انواع مختلفی از گونه‌ها از جمله تعداد معدودی از موجودات آغازین را پیدا کرده بودند. بعد از درگذشت داروین در سال ۱۸۸۲ تاریخچه گل‌ها همچنان دانشمندان را درگیر کرد. با توجه به گفته‌های کارشناسان امروزی، جمله‌ای خوش بینانه وجود دارد. ویلیام فرایدمن، زیست شناس فرگشتی از دانشگاه کولورادو در بولدر معتقد است: «انرژی وجود دارد که من تا به حال در زندگی ام ندیده ام.»

کشف این فسیل‌های جدید یکی دیگر از این شگفتی‌ها است. ولی دانشمندان مدارک زیادی از گل‌ها و ژن هایشان پیدا کردند. آن‌ها ساختار کدگذاری شده در DNA‌ها را برای ساختن گل‌های جدید دستکاری کردند. تحقیقات دانشمندان نشان می‌دهد که گونه‌های جدیدی از گل‌های اعجاب انگیز از بازسازی ژن‌های قدیمی به وجود آمدند؛ همانند چشم‌ها و دیگر اعضای بدن که انواع گوناگونی دارند. اخیرا موضوع مورد بحث محققان بر سر تقسیم بندی اینکه گل‌ها چگونه به یکدیگر مربوط می‌شوند، بود. خوشبختانه مطالعات انجام شده بر روی دستکاری DNA، ارتباط گل‌ها را به یکدیگر بهتر نشان می‌دهد. جیمز دویل باستان شناس در حوزه گیاه شناسی از دانشگاه کالیفرنیا گفت: «ایده‌های زیادی مطرح شده، ولی بسیاری از آن‌ها رد شده است.»

امروزه برای مثال نزدیک‌ترین گیاه به گل ها، گونه‌های بی گلی هستند که دانه تولید می‌کنند مانند: درختان کاج و کهن‌دار‌ها (gingko). متاسفانه همه گیاهان به هم مرتبط هستند و همه‌ی آن‌ها به گونه‌ای با گل‌ها شباهت‌هایی دارند. گیاهانی که در ابتدا به شکل گل وجود داشتند، ظاهرا میلیون‌ها سال پیش منقرض شده اند، دکتر دویل معتقد است: تنها راه پیدا کردن آن ها، فسیل آنهاست. در سال‌های اخیر، دانشمندان نشانه‌هایی از فسیل گل‌های ۱۳۶ میلیون سال پیش را پیدا کرده اند. همچنین محققان تعدادی فسیل عجیب از بذر گیاهان منقرض شده پیدا کردند، بعضی از آن‌ها دانه‌هایی تولید می‌کنند که ساختارشان شبیه گل هاست. اما جذاب‌ترین فسیل‌ها ناقص‌ترین فسیل‌ها نیز هستند و باستان شناسان حوزه گیاه شناسی بر سر تقسیم بندی آن‌ها در زمره‌ی گیاهان مانده اند.

دکتر دویل نیز می‌گوید: «در این باره اتفاق نظر وجود ندارد.»، ولی بر سر فرگشت اخیر گل‌ها اتفاق نظر وجود دارد. با مطالعۀ DNA بسیاری از گیاهان گلدار، دانشمندان به این نتیجه رسیده اند که گونه‌های امروزی نشان دهنده اجداد گذشته‌ی خود هستند. قدیمی‌ترین گونه مربوط به درختچه‌ای به نام آمبورلا است که در جزیره‌ی نیو کالدونیای در اقیانوس آرام جنوبی پیدا شده است. بعد از این، نیلوفر‌های آبی و انیسون ستاره‌ای دومین و سومین گونه‌ی قدیمی‌تر موجود هستند. اگر شما می‌توانستید به ۱۳۰ میلیون سال پیش سفر کنید، احتمالا تحت تاثیر گل‌های مربوط به آن زمان قرار نمی‌گرفتید. دکتر دویل می‌گوید: «آن‌ها شبیه هیچ کدام از گل‌های امروزی نبودند.» آن گل‌ها کوچک و نادر بودند و در سایه گیاهان بلند قامت بی گل زندگی می‌کردند. سال‌های زیادی طول می‌کشد تا گل‌ها بزرگ شوند.

در حدود ۱۲۰ میلیون سال پیش، یک گونه جدید از گل‌ها به وجود آمده اند و در بسیاری از جنگل‌ها رویش کردند و گونه‌های دیگری را به وجود آوردند. آن گونه‌ها مانند مانگولیاها، قاصدک‌ها و کدوتنبل ها، شامل ۹۹% همه گونه‌های گیاهان گلدار امروزه زمین است. این همه تنوع باعث به وجود آمدن فسیل‌های گوناگونی از گل‌ها شد که داروین را گیج و مبهوت کرده بود. همه گل‌ها از جمله آمبورلا، آناتومی پایه‌ای دارند. همه آن‌ها گلبرگ یا ساختار‌های گلبرگ مانند دارند که اندام‌های نر و ماده را احاطه کرده است. اولین گل‌ها احتمالا کوچک و ساده بودند؛ مانند گل‌های آمبورلا امروزی.

بعدا، گل‌ها در ۶ دسته پیچیده‌تر تقسیم شدند. حلقه داخلی گلبرگ‌های آن‌ها بزرگ و براق و حلقه خارجی معمولا سبز است، برگ هایش کاسپر نام دارند و وقتی بزرگ شوند از گل‌های جوان محافظت می‌کنند. براساس تحقیقات اخیر، به نظر می‌رسد که یک گلبرگ با گلبرگ‌های دیگر متفاوت است. درخت پاپا گلبرگ‌هایی دارد که رشد آن‌ها مستقل از رشد گلبرگ‌های گل رز است. ولی ژن‌های سازنده گل‌ها چیز‌های زیادی برای گفتن دارند.

در اواخر سال ۱۹۸۰، دانشمندان اولین ژن‌های به وجود آورنده‌ی گل‌ها را یافتند. آن‌ها یک گیاه کوچک به نام آرابیدوپسیس در آزمایشگاه گیاه شناسی مورد مطالعه قرار دادند، آن‌ها مشاهده کردند جهش می‌تواند باعث تغییرات عجیبی در گل‌ها شود. بعضی جهش‌ها باعث می‌شود تا گلبرگ‌ها در جای پرچم‌ها یا همان اندام نر گل‌ها رشد پیدا کنند. جهش‌های دیگر حلقه درونی گلبرگ را به کاسبرگ تبدیل می‌کند؛ و همچنین جهش‌های دیگر کاسبرگ را به برگ تبدیل می‌کند. این کشف انعکاسی قابل توجه از ایده‌ی گوته شاعر آلمانی بود که برای اولین این موضوع را مطرح کرد و نه تنها درباره “فواست” نوشته بود بلکه گیاهان را با دقت مشاهده می‌کرد.

در سال ۱۷۹۰ گوته یک مقاله خیالی به نام “ساختارشناسی گیاهان” نوشت که درباره انواع گیاهان از جمله گل‌ها که در ابتدا فقط برگ بودند، بحث کرده بود و همچنین در آن گفته است: از ابتدا تا انتها گیاهان چیزی جز برگ نبوده اند. دو قرن بعد، دانشمندان کشف کردند که جهش‌های ژنتیکی می‌تواند باعث تغییرات بنیادی شود همان طور که گوته خیال بافی کرده بود. در دو دهه اخیر، دانشمندان کشف کردند که چگونه ژن‌ها در جهش‌های گل‌های معمولی پدیدار می‌شوند. ژن‌ها پروتئین‌ها را رمزگذاری می‌کنند و به ژن‌های دیگری تبدیل می‌شوند که به نوبه خود می‌توانند یک را به وجود بیاورند و یا از بین ببرند. مجموعه‌ای از ژن‌ها می‌توانند رشد یک گلبرگ و یا قسمت دیگری از گل آرابیدوپسیس را مختل کنند.

دانشمندان در حال بررسی این ژن‌ها هستند که چگونه گل‌های جدید را به وجود می‌آورند. محققان گونه‌ای از ژن‌ها را پیدا کردند که گونه‌های دیگری از گل‌های آرابیدوپیس مانند آمبورلا را به وجود می‌آورند. در بیشتر موارد، ژن‌ها به صورت تصادفی در گونه‌های مختلفی مجددا تکثیر می‌شوند. یافتن این ژن‌های مربوط به ساختار گل ها، هنوز منجر به کشف چگونگی عملکرد آن‌ها در به وجود آوردن گل‌ها نشده است. بدین منظور دانشمندان باید ژن‌های گیاهان را دستکاری کنند، متاسفانه هیچ گیاهی به آسانی با آرابیدوپسیس قلمه زده نمی‌شود، پس هنوز در ابتدای کار هستیم.

ایریش زیست شناسی دانشگاه یله می‌باشد و حوزه مطالعات او مربوط به نظریه فرگشت می‌شود. او و همکارانش به دنبال تغییرات ژنتیکی در گل خشخاش می‌باشند، چرا که معتقدند این گل بدون دخالت عوامل محیطی و انسانی تکامل یافته است. آن‌ها می‌خواهند با ایجاد تغییر در ساختار ژنتیکی این گل و حذف برخی از ژن‌ها به گل‌های بسیار بزرگی دست یابند. ژن‌هایی که دریافته اند با ژن‌های گلی به نام آرابیدوپسیس در ارتباط اند، در این گل ژنی با نام AP۳ مسئول ساختار گلبرگ‌ها و پرچم می‌باشد. در گل خشخاش دو نسخه از این ژن بنام paleoAP۳ وجود دارد که دکتر ایریش و همکارانش دریافته اند یکی مسئول ساختار گلبرگ‌ها و دیگری مسئولیت پرچم را دارد.

دکتر ایریش می‌گوید: «نتایج نشان می‌دهد در گل‌های نخستین ژن‌هایی در مناطق مختلف ساقه وجود داشته اند که پروتئین‌هایی را تولید می‌کردند و این پروتئین‌ها به ژن‌های تکامل یافته‌تر که ساختار جدیدی دارند تبدیل می‌شوند و این ژن‌های فرگشت یافته با بدست گرفتن کنترل قسمت‌های مختلف گل آن را تکامل می‌بخشند؛ بنابراین گلبرگ‌های گل خشخاش به طور مستقل از گلبرگ‌های گل آرابیدوپسییس فرگشت یافته اند، اما هر دو این گل‌ها از ژن‌های یکسان برای رشد استفاده می‌کنند.»

حال اگر نظر دکتر ایریش صحیح باشد و آن را به آناتومی بدن انسان تعمیم دهیم به طور مثال پا‌های ما و مگس به طور جداگانه فرگشت یافته، اما با ژن‌های یکسان که این ژن‌ها بوده اند که تصمیم گرفته اند در بدن ما ساختار جدید و بهتری داشته باشند. دکتر ایریش اظهار می‌دارد: «از دید من این بسیار جالب توجه می‌باشد که گیاهان و حیوانات از راهبرد یکسان، اما ژن‌های متفاوت استفاده کنند.» او همچنین بیان می‌کند که در بررسی گل خشخاش در ابتدای راه می‌باشد و شگفتی‌هایی بسیار در انتظار ماست به طور مثال گیاهان در حال بدست آوردن ساختار جدیدی از اندام‌های جنسی می‌باشد چرا که در گل‌ها اندام نر و ماده هر دو روی میله وجود دارند، اما درخت کاج مخروط نر و مخروط ماده دارد. زمانی که نری و مادگی در گیاهان در یک اندام می‌باشد ممکن است تغییراتی در گیاهان اتفاق افتد که به وسیله چشم غیر مسلح قابل مشاهده نباشد.

زمانی که یک دانه گرده یک تخم را بارور می‌کند دو سری DNA داریم در طول مدتی که یک سری تخم را بارور می‌کند سری دیگر برای کیسه که تخم را احاطه کرده باقی می‌ماند، کیسه از آندواسپرم (پرده داخلی هاگ) پر می‌شود، این کیسه پر از آندواسپرم شامل مواد نشاسته‌ای می‌باشد که سوخت مورد نیاز تخم برای رسیدن به مرحله دانه می‌باشد (مانند نوزاد انسان که در مدتی که در رحم مادر به سر می‌برد از جنین تغزیه می‌کند) و این همان سوختی می‌باشد که ما زمان تغذیه از ذرت، برنج و سایر دانه‌ها از آن استفاده می‌کنیم.

در گل‌های اولیه آندواسپرم با یک مجموعه از ژن‌های جنس نر و یک مجموعه از ژن‌های جنس ماده تشکیل می‌شده است، اما در نسل‌های بعد مانند آمبورلا‌ها و نیلوفر‌های آبی آندواسپرم با دو سری از ژن‌های ماده و یک سری از ژن‌های نر تشکیل می‌شود. دکتر فریدمن از دانشگاه کلرادو قاطعانه می‌گوید که این تغییرات در راستای فرگشت میباشند و اتفاقی نیست چرا که ژن‌های اضافه در آندواسپرم به مانند موتور بزرگتر هستند و آندواسپرم توسط این ژن‌های اضافه پروتئین بیشتری تولید می‌کند. دیگر متخصصان معتقدند که تغییرات بالاخره صورت می‌گیرد، ولی محققان مطمئن نیستند که این در واقع راز به ثمره نشستن گل‌ها باشد. دکتر دویل در این باره گفت: «من نمیدانم چرا این موضوع موفقیت آمیز بوده است.»

همان طور که دکتر فرایدمن درباره‌ی چگونگی تاثیر ژن‌های اضافه بر رشد گل‌ها مطالعه کرده است، او دوباره به سمت ایده‌ی ساده گوته کشیده شد که نتایج پیچیده‌ای داشت. گل‌هایی با یک دسته از DNA‌های مونث در پرده داخلی هاگشان، مانند نیلوفر‌های آبی، دارای یک هسته در انتهای کیسه تخمدان هستند؛ و سپس تقسیم می‌شوند و یک هسته به طرف وسط کیسه حرکت می‌کند تا تبدیل به بخشی از آندوسپرم شود.

اخیرا این تغییرات بیشتر شده است. در رز یا خشخاش، یک هسته در انتهای کیسه قرار دارد. اما وقتی هسته تقسیم می‌شود، یک هسته به انتهای دیگر کیسه می‌رود؛ دوباره این دو هسته تقسیم می‌شوند و از هر کدام یک هسته به طرف وسط کیسه حرکت می‌کند. تکثیر، یک پروسه ساده است که منجر به پیچیدگی بیشتر و تغییرات بزرگ در گل‌ها می‌شود. دکتر فریدمن می‌گوید طبیعت جادو نمی‌کند بلکه با یک شیوه روشن و بدون هرگونه رمز و رازی در راستای فرگشت، چیز‌های جدید به وجود می‌آورد

منبع: بینگ بنگ