إذا كنت تعيش في الولايات المتحدة، فمن المحتمل أنك على دراية بلعبة Rock-paper-scissors. تمد يدك بإحدى الإيماءات الثلاث: قبضتها بقبضة (حجر)، أو مدها بشكل مسطح (ورقة)، أو رفع إصبعين على شكل حرف "V" (مقص). الروك يتفوق على المقص، والمقص يتفوق على الورق، والورق يتفوق على الروك.

لا يستطيع الأميركيون بأي حال من الأحوال احتكار هذه اللعبة. يلعبها الناس في جميع أنحاء العالم بأشكال عديدة وتحت أسماء عديدة. في اليابان، حيث توجد اللعبة منذ آلاف السنين، تُعرف باسم janken. تُعرف هذه اللعبة في إندونيسيا باسم "الفيل-رجل أبو مقص": يقتل الفيل الرجل، ويقتل الرجل أبو مقص، ويزحف أبو مقص عبر خرطوم الفيل ويأكل دماغه.

هذه اللعبة شائعة جدًا لدرجة أنها لا توجد خارج جنسنا البشري. على مدى ملايين السنين، طورت الحيوانات نسختها الخاصة من مقص الورق الصخري. بالنسبة لهم، الفوز باللعبة يعني نقل جيناتهم إلى الأجيال القادمة. تكشف دراسة نُشرت يوم الخميس في مجلة Science عن علم الأحياء الخفي الذي يجعل اللعبة ممكنة - وتُظهر كيف يمكن أن تكون مصدرًا مهمًا لتنوع الطبيعة.

ظهرت أولى الدلائل على أن الطبيعة لعبت أيضًا لعبة حجر ورقة مقص منذ ثلاثة عقود في التلال الجافة خارج ميرسيد، كاليفورنيا. ودرس باري سينيرفو، عالم الأحياء آنذاك في جامعة إنديانا، السحلية ذات البقع الجانبية الشائعة هناك. كان يضع علامة على السحالي - سُميت على اسم البقعة الزرقاء الداكنة أو السوداء الموجودة على جانبها، خلف الرجل الأمامية مباشرةً - ثم يطلقها في العشب الطويل ويمسك بالناجين لفحصهم في السنوات اللاحقة.

د. أصبح سينيرفو، الذي انضم لاحقًا إلى هيئة التدريس في جامعة كاليفورنيا، سانتا كروز، والذي توفي في عام 2021، مفتونًا بعادات التزاوج الغريبة للسحالي. في بداية كل موسم تكاثر، يُظهر الذكور واحدًا من ثلاثة ألوان على حناجرهم: الأزرق أو البرتقالي أو الأصفر. واعتمادًا على لونهم، يتصرف الذكور بشكل مختلف.

تقاتل السحالي البرتقالية الذكور الأخرى بقوة للفوز بالأرض وتحرس ما يصل إلى ست إناث على أرضها. لقد دخلوا في معارك مع الذكور الزرقاء وأخذوا إناثهم بانتظام.

استخدم الذكور الزرق استراتيجية مختلفة. كانوا يحرسون منطقة صغيرة، ويتزاوجون مع أنثى واحدة أو اثنتين فقط ويتعاونون مع الذكور الأزرق الآخرين لمحاربة الذكور البرتقالية. كان الدكتور سينيرفو يلاحظ في بعض الأحيان ذكرًا أزرق اللون يموت وهو يدافع عن حليف في قتال ضد حليف برتقالي.

كان الذكور الصفراء أقل عدوانية. لم يكلفوا أنفسهم عناء حراسة أي منطقة على الإطلاق. وبدلاً من ذلك، حاولوا التزاوج سرًا مع الإناث التي يحرسها ذكور آخرون.

عادةً ما تطارد الذكور الزرقاء الذكور الصفراء خارج مناطقهم الصغيرة. لكن الذكور البرتقالية، التي تكافح من أجل السيطرة على العديد من الإناث المنتشرة عبر منطقة واسعة، قامت بعمل أسوأ في القبض على المتسللين. لذلك غالبًا ما تنتهي إناث السحالي التي يحرسها ذكور برتقاليون بإنتاج العديد من ذرية الذكور الصفراء المتسترة.

د. تتبع سينيرفو ذكور السحالي بمرور الوقت واكتشف أنها مرت بدورات. كان لدى الذكور البرتقاليين أكبر عدد من السكان لمدة عام أو عامين قبل أن يفسحوا المجال للون الأصفر، الذي أفسح المجال بعد ذلك للون الأزرق، والذي بدوره أفسح المجال للبرتقالي مرة أخرى.

وبالعودة إلى جامعة إنديانا، قام الدكتور سينيرفو بتحليل النتائج مع زميله كورتيس ليفلي، عالم الأحياء التطورية. وتساءلوا عما إذا كان بإمكانهم فهم النتائج من خلال التفكير في السحالي وكأنها تلعب لعبة.

هناك تقليد طويل في علم الأحياء يتمثل في التفكير في الحياة باعتبارها لعبة، أو منافسة لترك أكبر عدد ممكن من الأحفاد. يمكن أن يكون اللاعبون حيوانات أو نباتات أو ميكروبات. استعار علماء الأحياء معادلات من نظرية اللعبة لتحليل كيفية فوز بعض الاستراتيجيات على غيرها.

في أحد الأيام، بينما كان الدكتور سينيرفو والدكتور ليفلي يشربان القهوة ويتحيران في البيانات المتعلقة بالسحالي ذات الجوانب المبقعة، أدركا أن الذكور كانوا يلعبون لعبة خاصة بهم.

"أتذكره وهو يقفز في المقهى ويصرخ، "إنها "حجرة ورقة مقص!" قال الدكتور ليفلي عن الدكتور سينيرفو في مقابلة.

في عام 1996، نشر الدكتور سينيرفو والدكتور ليفلي نموذجًا رياضيًا لنسخة السحلية من اللعبة. الطريقة التي تمكنت بها السحالي البرتقالية من التغلب على السحالي الزرقاء باستمرار كانت أشبه بضرب الصخور بالمقص دائمًا. السحالي الزرقاء تغلب على الصفراء كما يدق المقص على الورق. وكما يتفوق الورق على الصخور، يمكن للسحالي الصفراء أن تفوز على الذكور البرتقالية.

لإنشاء نموذجهم، افترض العلماء أن كل لون تم تشفيره بواسطة اختلاف في جينات السحالي. عندما يحقق الذكور من لون واحد نجاحًا أكبر في التزاوج، ينقلون نسخًا أكثر من جيناتهم ويجعلون اللون أكثر شيوعًا - حتى يحل اللون التالي.

لكن الدكتور سينيرفو والدكتور ليفلي لم يعرفا في الواقع كيف نشأت الألوان والسلوكيات المختلفة في السحالي. وفي التسعينيات، كانوا يفتقرون إلى الأدوات التي تسمح لهم بالإجابة على هذا السؤال. ولكن في عام 2012، قبل أمون كورل، أحد طلاب الدكتور سينيرفو السابقين، التحدي المتمثل في اكتشاف الأعمال الداخلية للعبة. سيستغرق الأمر 13 عامًا للحصول على بعض الإجابات التي نشرها الآن هو وزملاؤه في الدراسة الجديدة.

د. قال ليفلي، الذي لم يشارك في الدراسة، إنه يمثل تقدمًا كبيرًا في فهم الألعاب التطورية - وهو تقدم أصبح ممكنًا بفضل التقدم الهائل في تسلسل الحمض النووي على مدى العقود الثلاثة الماضية.

"لم يكن من الممكن تصورنا في تلك الأيام أن شيئًا كهذا يمكن القيام به"، قال الدكتور ليفلي.

د. لم يتمكن كورل من دراسة السحالي ذات البقع الجانبية في مختبره بالطريقة التي يدرس بها الباحثون الأنواع المألوفة مثل ذباب الفاكهة والفئران. لأسباب لم يفهمها العلماء بعد، لا تتطور الألوان لدى ذكور السحالي ذات البقع الجانبية في الأسر.

قال الدكتور كورل، وهو الآن عالم أحياء في جامعة كاليفورنيا، بيركلي: "لا يمكن إجراء التجارب الجينية الخاضعة للرقابة".

وبدلاً من ذلك، كان عليه هو وزملاؤه الإمساك بالسحالي في تلال كاليفورنيا، وملاحظة الألوان الموجودة على حناجرهم، وأخذ عينة من دمائهم لتحليلها مرة أخرى في مختبر. لكن تحليل الحمض النووي للسحالي يطرح تحديات هائلة أيضًا.

تبدأ الطريقة القياسية لتحليل جينات الحيوان بعزل الحمض النووي عن الخلايا، ثم تقسيم الجزيئات إلى أجزاء صغيرة. ثم قام الباحثون بعمل نسخ عديدة من كل قطعة وقرأوا الحروف الجينية التي تتكون منها كل قطعة. ومن خلال مقارنة الأجزاء بتسلسل الجينوم الكامل، تمكنوا من معرفة مصدر الجينوم الذي جاءت منه القطعة ويمكنهم بعد ذلك تحديد الاختلاف.

ولكن لم يسبق لأحد أن قام بتسلسل جينوم سحلية ذات بقع جانبية من قبل، لذلك لم يكن لدى الدكتور كورل وزملائه طريقة لتحديد مكان كل جزء من الحمض النووي للحيوان. ونتيجة لذلك، اضطر الدكتور كورل وزملاؤه إلى قضاء سنوات في تجميع جينوم سحلية ذات بقع جانبية لتكون بمثابة مرجع لأبحاثهم.

وبمجرد قيامهم بذلك، يمكن للباحثين البحث في الحمض النووي لسحلية فردية عن تباين جيني قد يحدد لونها. وبقدر ما يحاولون، لم يتمكنوا من العثور على أي اختلافات واضحة. ولحسن الحظ، أصبحت طرق أكثر دقة لتسلسل الحمض النووي متاحة في السنوات الأخيرة، والتي استخدمها الدكتور كورل وزملاؤه لتسلسل جينوم سحلية ثانٍ. أخيرًا، تمكن الدكتور كورل وزملاؤه من رؤية حتى أصغر الاختلافات الجينية بين الحيوانات.

قال الدكتور كورل: "تبلورت القصة، وأصبح كل شيء في مكانه الصحيح".

وجد هو وزملاؤه أن الذكور البرتقالية والزرقاء يختلفون في نقطة واحدة فقط في الجينوم الخاص بهم. وتبين أن الاختلاف الجيني بينهما بسيط بشكل ملحوظ.

واكتشف الدكتور كورل وزملاؤه أن الرقبة البرتقالية هي سمة متنحية. بمعنى آخر، تحتاج السحالي إلى وراثة نسختين من اللون البرتقالي لتطوير هذا اللون. وبخلاف ذلك، فإنها تصبح زرقاء.

قال الدكتور كورل: "إنه ارتباط شبه مثالي بين اللون البرتقالي والأزرق". "لا يمكن أن يحدث هذا حقًا عن طريق الصدفة."

وجد الباحثون أن الذكور البرتقالية تنتج مستويات أقل من بروتين يسمى SPR. إحدى وظائفها هي المساعدة في صنع الأصباغ. والسبب الآخر هو المساعدة في إنشاء الناقلات العصبية في الدماغ.

"من المحتمل أن يربط هذا الجين بين التغيرات في اللون والتغيرات في السلوك"، كما قال الدكتور كورل. "إنه لأمر مدهش نوعًا ما أن شيئًا كهذا يمكن أن ينجح."

ثم تحول العلماء إلى السحالي الصفراء. بناءً على النموذج الأصلي الذي بناه الدكتور سينيرفو والدكتور ليفلي، توقعوا العثور على تنوع جيني آخر ينتج اللون الثالث. لكنهم لم يعثروا على أي شيء، لا في SPR، أو في جينات أخرى. من الناحية الوراثية، لا يمكن تمييز السحالي الصفراء عن السحالي الزرقاء.

ليس من الواضح بعد كيف يمكن لسحاليتين لا يمكن تمييزهما وراثيًا أن ينتهي بهما الأمر إلى تطوير مثل هذه الألوان المختلفة في مواسم التزاوج. يتوقع الدكتور كورل أن الحيوانات قد تتحول إلى اللون الأزرق فقط إذا تمكنت من الحصول على بعض الأراضي. اقترح الدكتور كورل: "إنهم يتباهون بشارتهم قائلين: مرحبًا، أنا هنا، لا تعبث معي".

إذا كان الأمر كذلك، فمن المحتمل أن الأنواع بدأت مع ذكور زرقاء وصفراء، ولم تتطور الذكور البرتقالية إلا لاحقًا. جعلتهم طفرةهم الجديدة عدوانية للغاية لدرجة أنهم تمكنوا من الفوز على السحالي الزرقاء، لكنهم كانوا عاجزين ضد السحالي الصفراء. استقرت الألوان الثلاثة في دورة مستقرة.

وقال إريك سفينسون، عالم الأحياء التطورية في جامعة لوند والذي لم يشارك في الدراسة، إنها قدمت حلاً مفاجئًا للجدل الدائر حول السحالي. عندما جادل الدكتور سينيرفو والدكتور ليفلي لأول مرة بأن السحالي لعبت لعبة، اقترحا أن اللعبة تدور حول الجينات. لكن باحثين آخرين جادلوا بأن ذكور السحالي اتخذت ألوانًا مختلفة استجابةً للإشارات في بيئتها.

الآن اتضح أن كلا الجانبين كانا على حق. يتطلب الأمر كلا من المرونة والوراثة للعب اللعبة. قال الدكتور سفينسون: "إنه تطور رائع".