المسعى الجديد للتحكم في التطور | مجلة كوانتا

التطور أمر معقد. يسعى جزء كبير من علم الأحياء التطوري الحديث إلى التوفيق بين العشوائية الظاهرة للقوى التي تقف وراء العملية -كيفية حدوث الطفرات، على سبيل المثال- والمبادئ الأساسية التي تنطبق عبر المحيط الحيوي. لقد كانت أجيال من علماء الأحياء تأمل في فهم قافية التطور وأسبابه بما يكفي ليتمكنوا من التنبؤ بكيفية حدوثه.

لكن في حين يظل التنبؤ هدفًا جديرًا بالاهتمام، يركز العلماء الآن على ابن عمه الأكثر طموحًا: التحكم في كيفية حدوثه.

قد يبدو هذا مثل الخيال العلمي، ولكن أعظم الأمثلة على هذا المسعى تعيش في ماضينا. ولنتأمل هنا عملية الانتقاء الاصطناعي، وهو المصطلح الذي صاغه تشارلز داروين: منذ آلاف السنين، بدأ البشر في تحديد النباتات والحيوانات ذات السمات المفضلة وتربيتها بشكل انتقائي، مما أدى إلى تضخيم هذه السمات في نسلهم. لقد منحنا هذا النهج الزراعة، وهي واحدة من أكثر الاختراعات الثقافية التحويلية في تاريخ البشرية. في وقت لاحق، الاختيار الاصطناعي في الحيوانات والنباتات ساعدتنا على فهم علم الوراثة، وكيف تتطور الجينات في المجموعات السكانية. ولكن على الرغم من فعاليته، إلا أن الانتقاء الاصطناعي لا يزال محدودًا إلى حد ما.

وهذا يختلف عن الانتقاء الطبيعي، وهو القوة التي تدفع التطور التكيفي على الأرض، حيث لا يوجد فاعل مقصود يقوم بعملية الانتقاء. إن الجهة المختارة ليست المربي البشري، بل الطبيعة نفسها، التي تختار المتغيرات التي تتمتع بأعلى مستويات "اللياقة البدنية" - تلك التي لديها احتمالية أكبر للبقاء على قيد الحياة وإنتاج ذرية صحية. وعندما تقوم الطبيعة بالاختيار، قد يكون من الصعب التنبؤ بالنتائج.

ويأمل علماء الأحياء الآن في تحديد كيفية حدوث التطور على المستوى الجزيئي، وممارسة قدر كبير من السيطرة المباشرة على عملية التكاثر كما نفعل في المحاصيل. هل يمكننا تنسيق التطور، طفرة تلو طفرة، نحو أي نتيجة نفضلها؟ 

ومن اللافت للنظر أننا قطعنا بالفعل جزءًا من الطريق هناك. ال جائزة نوبل 2018 في الكيمياء عمل معترف به على طريقة تسمى التطور الموجه، والتي تسمح للعلماء بهندسة جزيئات حيوية جديدة. كانت فرانسيس أرنولد، إحدى الفائزات، رائدة في طريقة لإحداث طفرة في البروتينات في المختبر، ومن ثم قياس وظائفها، على سبيل المثال، مدى كفاءة الإنزيم في استقلاب السكر. ومن الممكن بعد ذلك عزل البروتينات المرشحة موضع الاهتمام، وتحورها، واختيار المزيد، حتى ننتج بروتينًا ذو وظيفة محسنة (في هذه الحالة، إنزيم يستقلب السكر بكفاءة عالية). وبهذا المعنى، يعمل الكيميائيون مثل مربي الكلاب، ولكن دون الاعتماد على التكاثر الجنسي لتوليد ذرية البروتين. وبدلا من ذلك، فإنها تنتج مجموعة متنوعة من البروتينات وتقيس خصائصها في مجرد ساعات. ومن خلال اختيار ما يريدون، فإنهم يتحكمون في كيفية حدوث التطور.

ومن هذا المثال، أصبح من الواضح أن السيطرة على التطور - توجيهه نحو نتائج معينة - يتطلب معرفة كيفية حدوث التطور، إلى جانب التكنولوجيا اللازمة للتدخل. لذلك يمكننا التفكير في المشكلة من خلال عدسة معادلة بسيطة: التحكم = التنبؤ + الهندسة.

يمكن أن يكون هذا التحكم أكثر دقة من نهج أرنولد. واحد 2015 الدراسة اقترح استخدام المضادات الحيوية بترتيب معين لتوجيه التطور بعيدًا عن خلق مسببات الأمراض المقاومة للمضادات الحيوية. ويحدث شيء مماثل مع علاج السرطان: يحاول أطباء الأورام الاستفادة من فهمنا الجزيئي للسرطان توجيه الخلايا السرطانية نحو القابلية لبعض الأدوية. وهذا ممكن لأننا نعلم أنه عندما تطور الخلية السرطانية مقاومة لأحد الأدوية، فإنها قد تصبح أكثر عرضة للأدوية الأخرى. ويستند مفهوم "الحساسية الجانبية" هذا إلى المبادئ الأساسية للمقايضات في الأنظمة البيولوجية: ففي عموم الأمر، لا يوجد "غداء مجاني" في عملية التطور، وكثيراً ما يأتي التكيف مصحوباً بتكاليف.

وفي أعمال أحدث، قام العلماء بتعميم هذه الأساليب. باستخدام أفكار من فيزياء الكم، قام فريق متعدد التخصصات (بما في ذلك الأطباء وعلماء الكمبيوتر والفيزيائيين) طبقت طريقة تسمى القيادة المضادة للسكري لتحويل السكان نحو أهداف محددة مسبقًا. على سبيل المثال، العدوى من بعض سلالات طفيليات الملاريا علاجها أسهل من غيرها. قد يحاول الباحثون "دفع" مجموعات الطفيليات نحو السلالات التي يمكن علاجها بسهولة أكبر.

ويتم تطبيق أفكار مماثلة على أنظمة أخرى، مثل الميكروبيوم، حيث يستخدم علماء الأحياء التطورية الآن التطور الموجه للتحكم المجتمعات الميكروبية مثل تلك التي تعيش على بشرتنا وفي أمعائنا. وللقيام بذلك، يستخدمون المعرفة حول كيفية تفاعل بعض الميكروبات مع بعضها البعض جنبًا إلى جنب مع التقنيات الميكروبية الجديدة التي تسمح لنا بإدخال الميكروبات إلى مجموعة من الميكروبات الأخرى. الأمل هو أن نتمكن من استخدام هذه المعرفة لتوجيه تركيبة الميكروبيوم إلى تركيبة مرتبطة بتحسين النتائج الصحية.

تثبت هذه الاكتشافات أن السيطرة التطورية، بشكل ما، هي شيء من الحاضر، وليس المستقبل. لكن معظم الأمثلة الناجحة حدثت في عدد صغير من البيئات: الميكروبات، والمجتمعات الميكروبية، والبروتينات. علاوة على ذلك، تركز الجهود الحالية على السيطرة على مدى فترات زمنية قصيرة، فلا يزعم أي عالم عاقل أنه قادر على التحكم في التطور الجزيئي الذي يحدث على مدى عقود أو قرون (خارج نطاق الانتقاء الاصطناعي الذي حدث على مدى آلاف السنين). تظل السيطرة الحقيقية على العملية التطورية محدودة للغاية بمعرفتنا وأدواتنا الحالية.

في حين أن التحديات التقنية للسيطرة التطورية لا تزال كبيرة، فإن الحواجز الأخلاقية ملحوظة أيضًا. تتداخل القضايا مع تلك المتعلقة بالكائنات المعدلة وراثيا. عندما نقوم بهندسة طفرة في سلالة من الذرة تمنح القدرة على النمو حتى في البيئات المجهدة، فإننا نؤثر على الأجيال القادمة من تلك السلالة من الذرة. بالإضافة إلى، اختيار الأجنة في البشر يمكن أن يشبه الانتقاء الاصطناعي، مما يمنحنا القدرة على توجيه مظهر السمات البشرية في التجمعات السكانية المستقبلية. بشكل عام، يمكن أن يكون الدافع وراء التطبيقات المفرطة الحماس لهذه التقنيات هو نوع من الحتمية الجينية - وجهة النظر الساذجة التي ترى أن الاختلافات ذات المغزى بين الكائنات الحية داخل مجتمع ما يمكن تفسيرها (في الأغلب) من خلال تركيبها الجيني.

إذا حاولنا في أي وقت مضى توجيه التطور في البشر والكائنات الأخرى بسذاجة على مدى فترة زمنية أطول، فسوف نقع ضحية لنوع من الحتمية التطورية، التي ترى أننا نستطيع، بل ينبغي لنا، أن نمتلك السيطرة الكاملة على كيفية تطور الحياة في المستقبل. وفي نهاية المطاف، فإن هذه الطموحات في غير محلها. إنهم يقللون من شأن نزوة التطور البيولوجي - صعوبة النظر في جميع القوى التي تشكل كيفية عمل الحياة وازدهارها. قد يتصور البعض أن الذكاء الاصطناعي يمكن أن يساعد في حل هذه الشكوك. لكن الذكاء الاصطناعي ليس علاجا سحريا للجهل. ويكون الأمر أكثر فعالية عندما نفهم بالفعل تقلبات النظام الذي نحاول تصميمه والتنبؤ به. لا تلبي البيولوجيا التطورية هذا المعيار تمامًا، على الأقل حتى الآن.

يمكننا (ويجب علينا) أن نندفع في الوقت نفسه إلى طموح علم الأحياء الحديث وأن يكون لدينا حضور ذهني للتعرف على حدودنا. على سبيل المثال، اليوجينا علم تحسين النسل اقترحت الحركة أنه يمكن تحسين الجنس البشري باستخدام أنواع الأساليب التي أعطتنا الحيوانات والمحاصيل المستأنسة. نحن نفهم الآن أنه كان متعصبًا ومبنيًا على بيولوجيا سيئة. إن مثل هذه الأمثلة هي حكايات تحذيرية، وينبغي أن تعلمنا أن المحاولات المتهورة للسيطرة على القوى العاصفة مثل التطور محكوم عليها بالفشل.

كوانتا تجري سلسلة من الدراسات الاستقصائية لخدمة جمهورنا بشكل أفضل. خذ خاصتنا مسح قارئ علم الأحياء وسيتم إدخالك للفوز مجانا كوانتا بضائع.