انتخاب مصنوعی

کندوکاو در داده‌ها³: انتخاب مصنوعی

همانطور که انسان‌ها گیاهان زراعی و جانوران اهلی را از نیاکانِ وحشی‌شان پدید آوردند، از انتخاب مصنوعی برای ایجادِ واریته‌ها و نژادهای مجزا از این گونه‌ها نیز استفاده کردیم. سگ‌های اهلی ده‌ها هزار سال پیش از نیاکانی باستانی و اکنون منقرض‌شده از گرگ‌ها فرگشت یافتند¹⁰ -و سپس، طی ۲۰۰ سال گذشته، انسان‌ها زیرمجموعه‌هایی از سگ‌ها را بیشتر گزینش کردند و گریت دین‌ها، چی‌واواها و طیف کاملی از بیش از ۴۵۰ نژاد را پدید آوردند.

در فرایندِ پرورشِ نژادهای مختلف، تمرکز روی صفات بود. ما نمی‌دانستیم کدام ژن‌ها، برای مثال، مهارتِ شنا یا توانایی شکار موش را به سگ می‌بخشند؛ فقط می‌دانستیم سگ‌هایی می‌خواهیم که در کشیدنِ تورهای ماهیگیری بهتر باشند (که به چساپیک بِی رتریور و سگ آبی پرتغالی انجامید) یا در پاکسازیِ آفت‌ها (که به رَت تریر انجامید). در دهه‌های اخیر، دانشمندان توانسته‌اند برخی از ژن‌هایی را که ما ناآگاهانه در نژادهای مختلف انتخاب کرده بودیم ردیابی کنند. اِلِین اوستراندر⁴، زیست‌شناسی در مؤسسه‌های ملی سلامت آمریکا⁵، یکی از این دانشمندان است. او و تیمش سگ‌ها را مطالعه می‌کنند تا به پرسش‌های بنیادینی در ژنتیک پاسخ دهند که پیامدهایی برای سلامت انسان دارند.

در یک مطالعه، اِلِین و تیمی شامل جِمین کیم، فالینا ویلیامز، داینا درِگِر، جوسلین پلاسه، برایان دیویس و هایدی پارکر⁶ روی سگ‌های شکاریِ ورزشی تمرکز کردند؛ گروهی فعال از نژادها که کارهای مختلف زیادی انجام می‌دهند. این گروه شامل اسپانیل‌ها، رتریورها و سگ‌های شکاری است. تیم ۵۹ ژن را شناسایی کرد که به نظر می‌رسد هدفِ انتخابِ اخیر در این سگ‌ها بوده‌اند.¹¹ یک نوعِ خاص (یعنی یک آلل⁷) از یکی از این ژن‌ها -به نام ROBO1- در چابک‌ترین نژادها رایج بود. در جایگاهی از این ژن که نژادهای دیگر معمولاً بازِ C داشتند، این نژادهای ورزشکار به شکل غیرمعمولی بازِ A داشتند. داده‌های اولیه نشان می‌داد که ROBO1 یکی از ژن‌هایی بوده که انسان‌ها هنگام انتخاب مصنوعیِ نژادها برای انواع مختلفی از توانایی‌های ورزشی، ناآگاهانه تحت تاثیر قرار داده‌اند؛ ولی تیم شواهد بیشتری می‌خواست.

پیش‌زمینه

به طور کلی، چابکی⁸ توانایی حرکتِ سریع و آسان است، ولی برای سگ‌ها می‌تواند معنای مشخص‌تری داشته باشد. «چابکی» ورزشی است که در آن یک نفر سگ را هدایت می‌کند تا از یک مسیرِ پیچیدهٔ پر از مانع عبور کند. برای اینکه یک سگ در مسابقات چابکی عملکرد خوبی داشته باشد، باید هم مهارت‌های بدنی برای عبورِ سریع از مسیر داشته باشد و هم مهارت‌های ذهنی برای پاسخ دادنِ سریع به فرمان‌ها و ارزیابیِ موانع.

ممکن است ROBO1 با آن مهارت‌های ذهنی مرتبط باشد. از مطالعات روی انسان می‌دانیم که ROBO1 در رشد مغز نقش دارد. نسخه‌های مختلفِ ROBO1 بر نحوهٔ کار و یادگیریِ مغز اثر می‌گذارند. برای مثال، به نظر می‌رسد داشتنِ نسخهٔ خاصی از ROBO1 در نارساخوانی⁹، وضعیتی که در آن افراد در خواندن مشکل دارند، نقش داشته باشد.

فرضیه

تیم نسخهٔ A از ROBO1 را بر اساس نمونهٔ نسبتاً کوچکی از نژادها شناسایی کرده بود. این به این فرضیه منجر شد که نسخهٔ A این ژن در نژادهایی که انسان‌ها در آنها صفاتِ منجر به چابکیِ زیاد را می‌خواستند، توسط انتخاب مصنوعی برگزیده شده است. اگر این فرضیه در میان همهٔ نژادها درست باشد، انتظار داریم نسخهٔ A در نژادهای چابک‌تر رایج‌تر باشد -یعنی انتظار داریم رابطه‌ای مثبت بین فراوانیِ نسخهٔ A و چابکیِ نژاد مشاهده کنیم.

داده‌ها

برای ارزیابیِ چابکی، تیم از سوابقِ اینکه کدام نژادها در مسابقات چابکی شرکت کرده بودند و کدام نژادها واقعاً عنوانِ قهرمانی به دست آورده بودند استفاده کرد. آنها برای هر نژاد، تعدادِ عنوان‌های کسب‌شده به ازای هر سگِ شرکت‌کننده از آن نژاد را محاسبه کردند. سپس نژادها را بر اساس احتمالِ کسبِ عنوانِ چابکی به هشت گروه تقسیم کردند:

بهترین‌ها (مثل بوردر کولی و پومی، که هر دو سگ گله هستند) در گروه قرمز بودند. نژادهایی که هرگز یا به ندرت در مسابقات چابکی برنده می‌شدند (مثل گری‌هاند و شپرد آناتولی) در گروه آبی بودند.

برای اینکه مشخص کنند نسخهٔ A از ROBO1 در این گروه‌های مختلفِ سگ‌ها چقدر رایج است، تیم به یک پایگاه دادهٔ توالی‌های DNA سگ مراجعه کرد. آنها داده‌های ROBO1 را برای ۱۲۴۳ سگ از نژادهای متعلق به یکی از این هشت گروه یافتند. اینها سگ‌هایی نبودند که لزوماً خودشان در مسابقات چابکی شرکت کرده باشند؛ فقط از همان نژادهای شرکت‌کنندگان بودند. تیم برای هر یک از هشت گروه نژادی محاسبه کرد که نسخهٔ A از ROBO1 در مقایسه با نسخه‌های دیگر چقدر رایج است. این چیزی است که یافتند:

در این نمودار، محور x هشت گروه نژادی را از کمترین احتمالِ کسبِ عنوانِ چابکی (منتهاالیه چپ) تا بیشترین احتمال (منتهاالیه راست) مرتب می‌کند. محور y نشان می‌دهد نسخهٔ A در آن گروه چقدر رایج است. برای مثال، فراوانیِ ۰٫۴ یعنی نسخهٔ A در ۴۰٪ از توالی‌های سگ‌های آن گروه یافت شده است. رابطه‌ای روشن و قوی بین تمایل به کسبِ عنوانِ چابکی و فراوانیِ نسخهٔ A وجود دارد: خط رگرسیون شیبِ رو به بالا دارد، و این شیب معنادار است (مقدار p برابر ۰٫۰۰۳۸ است). ضریب تعیین (R²) نشان می‌دهد فراوانیِ نسخه‌های مختلفِ ژن تا چه حد با گروه نژادی توضیح داده می‌شود. اگر R² برابر صفر باشد، یعنی گروه نژادی به هیچ وجه نمی‌تواند فراوانیِ نسخهٔ A را پیش‌بینی کند. اگر R² برابر ۱ باشد، یعنی می‌توان فراوانیِ نسخهٔ A را بر اساس گروه نژادی به دقت پیش‌بینی کرد. در این مورد، مقدار R² برابر ۰٫۷۷ نشان می‌دهد که ۷۷٪ از تغییرات در فراوانیِ نسخهٔ A با گروه نژادی توضیح داده می‌شود. این یافته‌ها بیش از پیش از این فرضیه پشتیبانی می‌کنند که نسخهٔ A از ROBO1 در نژادهایی که انسان‌ها در آنها صفاتِ منجر به چابکیِ زیاد را می‌خواستند، تحت انتخاب مصنوعیِ قوی بوده است. اکنون پژوهشگران می‌توانند بر پایهٔ این فرضیه بیاموزند که نسخهٔ A از ROBO1 دقیقاً چه تاثیری بر سگ‌هایی که آن را حمل می‌کنند دارد، چرا این نسخه در برخی نژادها برگزیده شد و در برخی دیگر نه، و مهم‌تر از همه، این موضوع چگونه ممکن است با عملکرد ورزشی و دیگر صفات در انسان‌ها مرتبط باشد.

قدم در راه علم

وقتی اِلِین اوستراندر در سال دوم دبیرستان با ژنتیک آشنا شد، فهمید رسالتش را پیدا کرده است. او می‌خواست دانشمند شود. ولی هیچ الگویی در اطرافش نداشت: هیچ‌کدام از والدین یا دوستانش دانشمند نبودند. پس اِلِین مسیرِ خودش را ساخت. در طول دبیرستان و دانشگاه، همه جور کاری انجام داد -معلم خصوصی، پیشخدمت، نظافتچی، ظرف‌شو- تا بتواند آموزشِ لازم برای شغلِ رویایی‌اش را کسب کند. و موفق شد. اِلِین اکنون آزمایشگاهِ خودش را اداره می‌کند، جایی که به تربیتِ نسل بعدیِ دانشمندان کمک می‌کند و دانشِ جدیدی دربارهٔ ژنتیک تولید می‌کند.

منبع