اگر در ایالات متحده زندگی می کنید، به احتمال زیاد با بازی سنگ-کاغذ-قیچی آشنایی دارید. شما دست خود را در یکی از سه حرکت دراز می‌کنید: مشت کردن آن در مشت (سنگ)، صاف نگه داشتن آن (کاغذ) یا بالا بردن دو انگشت در "V" (قیچی). راک بر قیچی، قیچی بر کاغذ و کاغذ بر سنگ.

آمریکایی ها به هیچ وجه انحصار بازی را ندارند. مردم آن را در سرتاسر جهان در انواع مختلف و با نام های مختلف بازی می کنند. در ژاپن، جایی که بازی برای هزاران سال وجود داشته است، به عنوان janken شناخته می شود. در اندونزی، آن را به‌عنوان earwig-man-lephant می‌شناسند: فیل مرد را می‌کشد، مرد کلاه‌گوشی را می‌کشد و کلاه‌گوش از طریق خرطوم فیل می‌خزد و مغز آن را می‌خورد.

این بازی آنقدر رایج است که فراتر از گونه‌های ما وجود دارد. طی میلیون ها سال، حیوانات نسخه مخصوص به خود را از قیچی سنگ-کاغذ ساخته اند. برای آنها برنده شدن در بازی به معنای انتقال ژن های خود به نسل های آینده است. مطالعه‌ای که روز پنجشنبه در مجله Science منتشر شد، زیست‌شناسی پنهانی را نشان می‌دهد که بازی را ممکن می‌کند - و نشان می‌دهد که چگونه ممکن است منبع مهمی از تنوع طبیعت باشد.

اولین سرنخ‌ها مبنی بر اینکه طبیعت همچنین سنگ-کاغذ-قیچی بازی می‌کند، سه دهه پیش در تپه‌های خشک خارج از مرسدس، کالیفرنیا، پدیدار شد. او مارمولک‌ها را علامت‌گذاری می‌کرد - که به خاطر نقطه آبی یا سیاه تیره در پهلوی آنها، درست پشت پای جلویی آنها نامگذاری شده است - آنها را در علف‌های بلند رها می‌کرد و بازماندگان را می‌گرفت تا در سال‌های بعد آنها را بررسی کنند.

Dr. سینروو که بعداً به دانشکده دانشگاه کالیفرنیا در سانتا کروز پیوست و در سال 2021 درگذشت، شیفته عادات عجیب جفت گیری مارمولک ها شد. در شروع هر فصل تولید مثل، نرها یکی از سه رنگ آبی، نارنجی یا زرد را روی گلوی خود ایجاد کردند. و بسته به رنگشان، نرها رفتار متفاوتی داشتند.

مارمولک‌های نارنجی برای به دست آوردن قلمرو به شدت با نرهای دیگر جنگیدند و از شش ماده در چمن خود محافظت کردند. آنها با نرهای آبی دعوا می‌کردند و مرتباً ماده‌هایشان را می‌بردند.

مردهای آبی از استراتژی متفاوتی استفاده کردند. آنها از قلمرو کوچکی محافظت می کردند و فقط با یک یا دو ماده جفت می شدند و با نرهای آبی دیگر برای مبارزه با نرهای نارنجی همکاری می کردند. دکتر Sinervo گاهی اوقات مرد آبی را در حال دفاع از متحد خود در مبارزه با متحد نارنجی مشاهده می کرد.

مردان زرد هنوز هم کمتر تهاجمی بودند. آنها اصلاً زحمت محافظت از هیچ قلمرویی را به خود ندادند. در عوض، آنها سعی کردند مخفیانه با ماده هایی که توسط نرهای دیگر محافظت می شدند جفت گیری کنند.

نرهای آبی معمولاً نرهای زرد رنگ را از قلمروهای کوچک خود تعقیب می کردند. اما نرهای نارنجی رنگ که در تلاش برای حفظ کنترل روی بسیاری از ماده های پراکنده در یک منطقه گسترده بودند، کار بدتری در دستگیری متجاوزان انجام دادند. بنابراین مارمولک‌های ماده که توسط نرهای نارنجی محافظت می‌شد، اغلب به تولید فرزندان بسیاری از نرهای زرد یواشکی ختم می‌شدند.

Dr. Sinervo مارمولک های نر را در طول زمان ردیابی کرد و متوجه شد که آنها چرخه هایی را طی می کنند. نرهای نارنجی بیشترین جمعیت را برای یک یا دو سال داشتند قبل از اینکه جای خود را به زرد دادند، که سپس جای خود را به آبی داد، که دوباره جای خود را به نارنجی داد.

در دانشگاه ایندیانا، دکتر سینروو نتایج را با همکارش کورتیس لایولی، زیست شناس تکاملی تجزیه و تحلیل کرد. آنها فکر می کردند که آیا می توانند با فکر کردن به مارمولک ها به عنوان یک بازی، نتایج را درک کنند.

یک سنت طولانی در زیست شناسی وجود دارد که به زندگی به عنوان یک بازی فکر می کند، رقابتی برای به جا گذاشتن هرچه بیشتر فرزندان. بازیکنان می توانند حیوانات، گیاهان یا میکروب ها باشند. زیست شناسان معادلاتی را از تئوری بازی ها وام گرفته اند تا تجزیه و تحلیل کنند که چگونه برخی از استراتژی ها بر سایر استراتژی ها پیروز می شوند.

یک روز، زمانی که دکتر سینروو و دکتر لایولی قهوه می نوشیدند و در مورد داده های مربوط به مارمولک های لکه دار متحیر می شدند، متوجه شدند که نرها در حال انجام یک بازی مخصوص به خود هستند. خرید کنید و فریاد بزنید «این قیچی کاغذ سنگی است!»» دکتر لایولی در مصاحبه ای درباره دکتر Sinervo گفت.

در سال 1996، دکتر Sinervo و دکتر Lively یک مدل ریاضی از نسخه مارمولک بازی منتشر کردند. روشی که مارمولک‌های نارنجی می‌توانستند به طور مداوم مارمولک‌های آبی را شکست دهند، شبیه به سنگی بود که همیشه قیچی می‌کوبید. مارمولک‌های آبی زردها را مانند قیچی بر کاغذ می‌کوبند. و درست همانطور که کاغذ سنگ را شکست می دهد، مارمولک های زرد می توانند در برابر نرهای نارنجی پیروز شوند.

برای ایجاد مدل خود، دانشمندان فرض کردند که هر رنگ توسط تنوعی در ژن های مارمولک ها کدگذاری شده است. هنگامی که نرهای یک رنگ در جفت گیری موفقیت بیشتری داشتند، نسخه های بیشتری از ژن های خود را منتقل می کردند و رنگ را رایج تر می کردند - تا زمانی که رنگ بعدی آن را فرا گرفت. طنز آمیخته شده است). اعتبار...آمون کورل

اما دکتر سینروو و دکتر لایولی در واقع نمی‌دانستند که چگونه رنگ‌ها و رفتارهای مختلف در مارمولک‌ها به وجود آمده است. در دهه 1990، آنها فاقد ابزارهایی بودند که به آنها اجازه دهد به این سؤال پاسخ دهند. اما در سال 2012، آمون کورل، یکی از شاگردان سابق دکتر سینروو، چالش کشف عملکرد درونی بازی را پذیرفت. 13 سال طول می کشد تا او پاسخ هایی را دریافت کند که در مطالعه جدید او و همکارانش اکنون منتشر کرده اند.

دکتر. لایولی، که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت که این یک پیشرفت بزرگ در درک بازی های تکاملی است - پیشرفتی که با پیشرفت های عظیم در توالی یابی DNA در سه دهه گذشته ممکن شد.

دکتر لایولی گفت: «در آن روزها برای ما غیرقابل تصور بود که بتوان چنین کاری را انجام داد.

Dr. کورل نمی‌توانست مارمولک‌های لکه‌دار را به روشی که محققان گونه‌های آشناتر مانند مگس‌های میوه و موش‌ها را مطالعه می‌کنند، در آزمایشگاه خود مطالعه کند. به دلایلی که دانشمندان هنوز نمی‌دانند، مارمولک‌های نر لکه‌دار در اسارت رنگ نمی‌گیرند.

دکتر کورل، که اکنون زیست‌شناس در دانشگاه کالیفرنیا، برکلی است، گفت: «آزمایش‌های ژنتیکی کنترل‌شده واقعاً نمی‌توان انجام داد.

در عوض، او و همکارانش مجبور به گرفتن رنگ‌های تپه‌ای کالیفرنیا نشدند. نمونه ای از خون آنها برای تجزیه و تحلیل در آزمایشگاه. اما تجزیه و تحلیل DNA مارمولک ها نیز چالش های بزرگی را به همراه داشت.

روش استاندارد برای تجزیه و تحلیل ژن های یک حیوان با جداسازی DNA از سلول ها و سپس شکستن مولکول ها به قطعات کوچک آغاز شد. سپس محققین از هر قطعه کپی های زیادی تهیه کردند و حروف ژنتیکی تشکیل دهنده هر قطعه را مطالعه کردند. با مقایسه قطعات با یک توالی ژنوم کامل، آن‌ها می‌توانستند بفهمند که قطعه از کجا در ژنوم آمده است و سپس می‌توانستند تنوع را مشخص کنند.

اما هیچ‌کس قبلاً ژنوم یک مارمولک لکه‌دار جانبی را توالی یابی نکرده بود، بنابراین دکتر کورل و همکارانش هیچ راهی برای تعیین تکه DNA هر یک از حیوانات نداشتند. در نتیجه، دکتر کورل و همکارانش مجبور شدند سال‌ها را صرف جمع‌آوری ژنوم یک مارمولک لکه‌دار بکنند تا به عنوان مرجعی برای تحقیقاتشان باشد.

پس از انجام این کار، محققان می‌توانستند DNA یک مارمولک را برای یک تنوع ژنتیکی که ممکن است رنگ آن را تعیین کند، جستجو کنند. هرچه تلاش کردند، نتوانستند هیچ تفاوت واضحی پیدا کنند. خوشبختانه در سال‌های اخیر روش‌های دقیق‌تری برای تعیین توالی DNA در دسترس قرار گرفت که دکتر کورل و همکارانش برای تعیین توالی ژنوم دوم مارمولک از آن‌ها استفاده کردند. در نهایت، دکتر کورل و همکارانش توانستند کوچکترین تفاوت های ژنتیکی را بین حیوانات ببینند.

دکتر کورل گفت: «داستان متبلور شد و همه چیز سر جای خود قرار گرفت.

او و همکارانش دریافتند که نرهای نارنجی و آبی تنها در یک نقطه در ژنومشان با هم تفاوت دارند. تغییرات ژنتیکی بین آنها بسیار ساده است.

دکتر کورل و همکارانش دریافتند که گردن نارنجی رنگ، یک ویژگی مغلوب است. به عبارت دیگر، مارمولک ها برای ایجاد آن رنگ باید دو نسخه از نوع نارنجی را به ارث ببرند. در غیر این صورت، آنها آبی می شوند.

دکتر کورل گفت: «این یک ارتباط تقریباً کامل بین نارنجی و آبی است. "این واقعا نمی تواند به طور تصادفی ایجاد شود."

محققان دریافتند که نرهای نارنجی رنگ سطوح پایین تری از پروتئینی به نام SPR تولید می کنند. یکی از کارهای آن کمک به ساخت رنگدانه است. یکی دیگر از این موارد کمک به ایجاد انتقال دهنده های عصبی در مغز است.

دکتر کورل گفت: "به طور بالقوه، این یک ژن می تواند تغییرات در رنگ و تغییرات رفتار را مرتبط کند." "این شگفت انگیز است که چنین چیزی می تواند کار کند."

سپس دانشمندان به مارمولک های زرد روی آوردند. بر اساس مدل اصلی که دکتر Sinervo و دکتر Lively ساخته بودند، آنها انتظار داشتند که تنوع ژنتیکی دیگری را پیدا کنند که رنگ سوم را تولید می کند. اما آنها هیچ کدام را پیدا نکردند - نه در SPR، یا در ژن های دیگر. از نظر ژنتیکی، مارمولک‌های زرد از مارمولک‌های آبی قابل تشخیص نیستند.

هنوز مشخص نیست که چگونه دو مارمولک غیرقابل تشخیص ژنتیکی می‌توانند در فصول جفت‌گیری خود به چنین رنگ‌های متفاوتی دست یابند. دکتر کورل حدس می‌زند که این حیوانات تنها در صورتی ممکن است آبی شوند که بتوانند قلمرو خود را به دست آورند. دکتر کورل پیشنهاد کرد: "آنها نشان خود را نشان می دهند و می گویند: "هی، من اینجا هستم، با من درگیر نباش." جهش جدید آنها آنها را آنقدر تهاجمی کرد که می توانستند در برابر مارمولک های آبی پیروز شوند، اما آنها در برابر زردها درمانده بودند. این سه رنگ در یک چرخه پایدار قرار گرفتند.

اریک سونسون، زیست‌شناس تکاملی در دانشگاه لوند که در این مطالعه شرکت نداشت، گفت که این یک راه حل شگفت‌انگیز برای بحث در مورد مارمولک‌ها ارائه می‌دهد. وقتی دکتر Sinervo و دکتر Lively برای اولین بار بحث کردند که مارمولک ها یک بازی انجام می دهند، آنها پیشنهاد کردند که بازی تماماً در مورد ژن ها است. اما محققان دیگر استدلال کردند که مارمولک‌های نر در پاسخ به نشانه‌های موجود در محیط خود رنگ‌های متفاوتی به خود می‌گیرند.

اکنون مشخص شد که هر دو طرف حق داشتند. انجام بازی به انعطاف پذیری و وراثت نیاز دارد. دکتر اسونسون گفت: "این یک پیچ و تاب فوق العاده است."