ژنتیک حفاظت

ژنتیک حفاظت (Conservation genetics) یک زمینه‌ی مطالعاتی است که بر درک جنبه‌های ژنتیکی تنوع زیستی، یافتن راه‌هایی برای کاهش تهدید‌های گونه‌های در حال انقراض و کاهش جمعیت تمرکز دارد. این شاخه از علم از ابزار‌ها و تکنیک‌های ژنتیکی مختلفی برای مقابله با چالش‌های ناشی از تخریب زیستگاه، تغییرات آب‌و‌هوا و سایر عوامل انسانی استفاده می‌کند. با بررسی تنوع ژنتیکی و ساختار جمعیت‌ها، دانشمندان می‌توانند به بینش‌های ارزشمندی در مورد سلامت و زنده‌بودن گونه‌ها دست یابند و در نهایت به تلاش‌های حفاظتی آن‌ها کمک کنند.

تاریخچه‌ی ژنتیک حفاظت

“Michael Soulé” را «پدر زیست‌شناسی حفاظت» می‌دانند. با این حال، ژنتیک حفاظت زیر شاخه‌ای از ژنتیک جمعیت است و در حالی که “Michael Soulé” در زیست‌شناسی‌ حفاظت پیش‌گام بود، او به‌طور خاص بر ژنتیک حفاظت تمرکز نکرد.

“Conservation genetics” توسط بسیاری از محققان از جمله “Richard Frankham” و “Phillip Hedrick” مورد مطالعه قرار گرفته‌است. هدف این رشته، درک پویایی ژن‌ها در یک جمعیت به‌منظور مدیریت و حفاظت از منابع طبیعی است. ترکیبی از اکولوژی، زیست‌شناسی مولکولی، ژنتیک جمعیت، مدل‌سازی ریاضی و طبقه‌بندی تکاملی برای مطالعه‌ی تنوع ژنتیکی جمعیت‌ها و گونه‌ها و توسعه‌ی استراتژی‌هایی برای حفاظت از آن‌ها استفاده می‌کند.

ژنتیک حفاظت

ژنتیک حفاظت، تنوع ژنتیکی گونه‌ها است که چگونه می‌توان آن را حفظ کرد. با افزایش گسترش صنعت، بسیاری از گونه‌ها به‌دلیل ازدست‌دادن زیستگاه، آلودگی و تغییرات آب‌وهوایی به‌طور فزاینده‌ای در معرض تهدید قرار می‌گیرند.

برای این گونه‌ها، Conservation genetics به جمعیت‌های دارای ترکیب ژنتیکی و چگونگی حفظ یا احیای تنوع ژنتیکی آن‌ها می‌پردازد؛ ژنتیک حفاظت شامل تجزیه‌وتحلیل داده‌های ژنتیکی برای درک ساختار و پویایی جمعیت‌ها، شناسایی ژن‌هایی که در معرض تهدید هستند و اجرای استراتژی‌هایی برای اطمینان از بقای این جمعیت‌ها است. با درک اساس ژنتیکی این جمعیت‌های در معرض تهدید، حافظان محیط زیست می‌توانند تصمیمات آگاهانه‌ای برای محافظت و بازگرداندن آن‌ها برای نسل‌های آینده بگیرند.

حفظ تنوع ژنتیکی برای حفظ یک اکوسیستم سالم و پایدار بسیار مهم است. تنوع ژنتیکی، سازگاری و تکامل گونه‌ها را فراهم می‌کند و برای بقای جمعیت‌هایی که با تغییرات و بیماری‌های محیطی مواجه هستند، ضروری است. ازدست‌دادن تنوع ژنتیکی می‌تواند منجر به کاهش مقاومت در برابر بیماری‌ها و عوامل محیطی شود و جمعیت‌ها را در معرض خطر انقراض قرار دهد. تنوع ژنتیکی برای استفاده بالقوه‌ی آینده در تحقیقات پزشکی و توسعه‌ی فناوری‌های جدید مهم است. حفظ تنوع ژنتیکی از طریق نظارت و مدیریت ژنتیکی گونه‌های در معرض خطر می‌تواند به حفظ جمعیت سالم و حفاظت از سیاره‌ی زمین کمک کند.

روش‌های متداول مورد استفاده در ژنتیک حفاظت

در ژنتیک حفاظت، روش‌های مختلفی برای مطالعه، حفاظت و مدیریت جمعیت‌های در خطر انقراض وجود دارد؛ این روش‌ها به‌طور معمول شامل استفاده از اطلاعات ژنتیکی برای استنتاج تاریخچه‌های دموگرافیک، شناسایی افراد و ارزیابی تنوع ژنتیکی، ساختار و ارتباط است. برنامه‌های اصلاح نژاد و معرفی مجدد برخی از روش‌های متداول مورد استفاده در Conservation genetics عبارتند از توالی‌یابی “DNA”، ژنوتیپ ریزماهواره‌ای، ژنوتیپ “SNP”، توالی‌یابی “mtDNA”، تجزیه‌وتحلیل «پلی‌مورفیسم طول قطعه تقویت‌شده» (AFLP) و ژنومیک منظر (Landscape genetics). این روش‌ها از پیشرفت‌هایی در فناوری‌ها، ابزار‌های بیوانفورماتیک و مدل‌های آماری بهره می‌برند که دامنه و کاربرد حفاظت را تا حد زیادی گسترش داده‌اند.

1. PCR

“PCR” یک تکنیک آزمایشگاهی پرکاربرد در ژنتیک حفاظت است. PCR مخفف عبارت ” Polymerase Chain Reaction ” است، فرآیندی که طی آن بخش‌هایی از DNA در شرایط آزمایشگاهی تکثیر یا کپی می‌شوند. این فرآیند شامل یک سری چرخه‎ی دمایی است که امکان تقویت انتخابی بخش‌های DNA را فراهم می‌کند. PCR به ویژه در ژنتیک حفاظت مفید است؛ زیرا امکان تجزیه‌وتحلیل نمونه‌های DNA کوچک و تخریب‌شده را فراهم می‌کند. PCR کاربردهای زیادی در Conservation genetics دارد مانند شناسایی افراد و مطالعه‌ی تنوع ژنتیکی، ساختار جمعیت و فیلوژنتیک؛ این یک عنصر ضروری برای تحقیقات ژنتیکی شده‌است و تطبیق‌پذیری آن منجر به پیشرفت‌های قابل توجهی در زمینه‌ی ژنتیک شده‌است.

2. Microsatellite markers

نشانگرهای ریزماهواره که به‌عنوان تکرارهای توالی ساده (Rs) نیز شناخته می‌شوند، توالی‌های تکرارشونده‌ای به طول 1 تا 6 جفت‌باز هستند که در ژنوم یوکاریوتی فراوان و چندشکلی هستند. ریزماهواره‌ها به‌دلیل درجه‌ی تنوع بالا و نرخ جهش کم، به‌طور گسترده‌ای در ژنتیک حفاظت برای ساختار جمعیت و مطالعات ژنتیکی و همچنین تجزیه‌وتحلیل والدین و خویشاوندی مورد استفاده قرار گرفته‌اند.

نشانگرهای ژنتیکی ثابت کرده‌اند که ابزار بسیار ارزشمندی برای درک روابط ژنتیکی و تاریخچه‌ی تکاملی جمعیت‌ها و گونه‌ها هستند و با موفقیت در طیف گسترده‌ای از موجودات از گیاهان گرفته تا حیوانات و قارچ ها استفاده شده‌اند. با این حال، ریزماهواره‌ها، علی‌رغم کاربردشان، برخی از موارد، از جمله غالبیت ناقص، پتانسیل ایجاد آلل‌های پوچ و مشکلات در استانداردسازی نتایج را دارند. با این وجود، استفاده گسترده‌ی آن‌ها در تحقیقات حفاظتی به درک ما از اساس ژنتیکی تنوع زیستی و اهمیت حفظ آن کمک کرده‌است.

3. Restriction fragment length polymorphism

«پلی‌مورفیسم قطعات طولی محدود» (RFLP) تکنیکی است که به‌طور گسترده در Conservation genetics استفاده می‌شود و تنوع ژنتیکی را با تجزیه‌وتحلیل طول قطعات DNA تولیدشده پس از هضم با آنزیم‌های محدودکننده خاص، تشخیص می‌دهد. تجزیه‌وتحلیل “RFLP” امکان شناسایی ژنتیکی را فراهم می‌کند و می‌تواند برای پی‌بردن به تنوع ژنتیکی بین افراد و جمعیت‌ها و مطالعه‌ی ساختار ژنتیکی، روابط و تنوع آن‌ها استفاده شود.

این تکنیک آن را به ابزاری ارزشمند در بسیاری از مطالعات ژنتیک حفاظت، به ویژه برای گونه‌های نگران‌کننده یا با تنوع ژنتیکی محدود تبدیل کرده‌است. اگرچه توسعه‌ی روش‌های توالی‌یابی DNA، استفاده از RFLP را در سال‌های اخیر کاهش داده‌است اما همچنان یک رویکرد استاندارد در برخی زمینه‌های تحقیقاتی مانند ژنتیک جمعیت و ژنتیک پزشکی قانونی است.

کاربردهای ژنتیک حفاظت

ژنتیک حفاظت کاربرد‌های وسیعی در زمینه‌ی مدیریت تنوع زیستی دارد؛ این می‌تواند به تعیین تنوع ژنتیکی جمعیت و شناسایی اثرات بالقوه‌ی ازدست‌دادن زیستگاه، تغییرات محیطی و عوامل انسانی کمک کند؛ همچنین می‌تواند به اجرای استراتژی‌های حفاظتی مؤثر مانند برنامه‌های اصلاح نژاد و جابه‌جایی افراد یا جمعیت‌ها کمک کند. کدگذاری DNA با استفاده از نشانگر‌های مولکولی، یکی دیگر از برنامه‌های ‌امیدوارکننده است که می‌تواند برای شناسایی گونه‌ها استفاده شود و می‌تواند به مهار تجارت غیرقانونی حیات وحش کمک کند. به‌طور کلی، ژنتیک حفاظت ابزار ارزشمندی برای حفظ سلامت ژنتیکی و بقای طولانی‌مدت گونه‌های در معرض خطر انقراض است.

Conservation genetics در حال حاضر به‌طور گسترده به روش‌های مختلف برای کمک به حفاظت از گونه‌های گیاهی و جانوری در معرض خطر استفاده می‌شود. با درک ژنتیکی یک گونه، حافظان محیط زیست می‌توانند اندازه‌ی جمعیت را ارزیابی کنند و تنوع ژنتیکی و تهدیدات موجود برای بقای یک گونه را شناسایی کنند.

برنامه‌های پرورش و معرفی مجدد گونه‌ها، این امکان را برای شناسایی جمعیت‌ها و زیرگونه‌های منحصربه‌فرد فراهم می‌آورد و تضمین می‌کند که هر کدام می‌توانند به‌طور مناسب مدیریت شوند و تنوع ژنتیکی و پتانسیل تکاملی را برای آینده حفظ کنند. به‌طور کلی، ژنتیک حفاظت نقش مهمی در گونه‌های در معرض تهدید و زیستگاه‌های آن‌ها ایفا می‌کند و بینش مهمی در تصمیم‌گیری درباره‌ی بهترین روش‌ها برای حفاظت از تنوع زیستی و ارتقای اکوسیستم‌ها ارائه می‌دهد.

ژنتیک حفاظت با چالش‌های متعددی مواجه است که حفاظت از گونه‌های در حال انقراض را دشوار می‌کند. یکی از مشکلات، عدم تنوع ژنتیکی است که می‌تواند به دلیل تکه‌تکه‌شدن زیستگاه، “Inbreeding” و رانش ژنتیکی رخ دهد. چالش دیگر، دشواری در شناسایی افراد مناسب است. علاوه‌بر این، Conservation genetics نیز با چالش‌هایی مواجه است که اهمیت تنوع ژنتیکی و همچنین تأمین بودجه‌ی حفاظت از آن‌ها را به اطلاع عموم می‌رساند. علی‌رغم این مشکلات، ژنتیک به یک جزء جدایی‌ناپذیر از زیست‌شناسی حفاظت برای حفظ تنوع ژنتیکی و جلوگیری از گونه‌های در معرض خطر تبدیل شده‌است.

با ادامه‌ی پیشرفت فناوری، چشم‌انداز آینده برای ژنتیک حفاظت، ‌امیدوار‌کننده است. با درک توالی ژنوم‌ها و تجزیه‌و‌تحلیل داده‌های ژنتیکی با سرعت و دقت بی‌سابقه، دانشمندان تنوع ژنتیکی و پویایی جمعیت گونه‌های در معرض انقراض را بهتر درک می‌کنند.

استفاده از ابزار‌های ژنتیکی مدیریت حفاظت و نظارت مانند نقشه‌برداری ژنتیکی و ویرایش ژن، ممکن است به‌طور بالقوه در بازیابی گونه‌های در معرض تهدید، مانند هر پیشرفت علمی، ملاحظات اخلاقی باید در نظر گرفته شود تا اطمینان حاصل شود که از ژنتیک حفاظت، مسئولانه استفاده می‌شود. به‌طور کلی، آینده‌ی ژنتیک حفاظت دارای پتانسیل زیادی در حفاظت و حفظ تنوع زیستی است.

با پیشرفت‌های سریع در فناوری ژنتیک، جهت‌گیری‌های آینده برای ژنتیک حفاظت، ژنتیکی ‌امیدوارکننده مانند بارکدگذاری DNA، توالی‌یابی ژنوم و ویرایش ژن، پیش‌بینی پاسخ گونه‌ها به تغییرات محیطی را بهبود می‌بخشد. علاوه‌بر این، می‌توان از آن‌ها برای ردیابی حرکت گونه‌های مهاجم، اجرای برنامه‌های پرورش مؤثر برای گونه‌های در خطر انقراض و شناسایی قابلیت‌های انعطاف‌پذیر برای بازسازی استفاده کرد. ادغام داده‌ها با سایر زمینه‌ها مانند اکولوژی، رفتار و فیزیولوژی می‌تواند درک جامعی از مسائل حفاظتی، کمک به اولویت‌بندی استراتژی‌ها و اطلاع‌رسانی به تصمیم‌گیری‌های صحیح داشته باشد. استفاده‌ی مسئولانه از ژنتیک باید در نظر گرفته شود، از جمله پرداختن به نگرانی‌های اخلاقی و عواقب ناخواسته.

سخن آخر

ژنتیک حفاظت برای آینده حیاتی است؛ زیرا به حفظ تنوع زیستی، حفظ عملکرد اکوسیستم و بقای گونه‌های در معرض تهدید و احیای مناطق تخریب شده کمک می‌کند، خدمات مهم اکولوژیکی مانند آب‌وهوا را ارائه می‌دهد و انعطاف‌پذیری اکوسیستم‌ها را در برابر آب‌و‌هوا افزایش می‌دهد. تغییر و سایر تهدیدات ازبین‌رفتن گونه‌ها نه تنها تنوع ژنتیکی را کاهش می‌دهد، بلکه عملکرد‌های اکوسیستم را نیز مختل می‌کند. با حفاظت و احیای زیستگاه‌ها و گونه‌ها، ژنتیک حفاظت می‌تواند به محافظت از مزایای غیرقابل انکار طبیعت کمک کند و رفاه آینده‌ی ما را تضمین کند. بنابراین، بسیار مهم است که تلاش‌های حفاظتی را در اولویت قرار دهیم تا اطمینان حاصل کنیم که سیاره‌ای سالم را به آینده واگذار می‌کنیم.

نویسنده و ویراستار: حدیث پرهیزگاری

منابع:

1.Kardos M. Conservation genetics. Curr Biol. 2021 Oct 11;31(19):R1185-R1190. doi: 10.1016/j.cub.2021.08.047. PMID: 34637729.

2.Ouborg NJ. Integrating population genetics and conservation biology in the era of genomics. Biol Lett. 2010 Feb 23;6(1):3-6. doi: 10.1098/rsbl.2009.0590. Epub 2009 Sep 2. PMID: 19726442; PMCID: PMC2817254.

3.https://learn.genetics.utah.edu/content/science/conservation

4.Nonić M, Šijačić-Nikolić M. Genetic diversity: sources, threats, and conservation. Life on land. 2021:421-35.

5.Woodruff DS. Populations, Species, and Conservation Genetics. Encyclopedia of Biodiversity. 2001:811–29. doi: 10.1016/B0-12-226865-2/00355-2. Epub 2004 Nov 28. PMCID: PMC7150084.

6.https://www.intechopen.com/chapters/67558

7.https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0960982221011611