هنگامی که جنوب غربی ایالات متحده از 18700 به 10000 سال پیش گرمتر شد، درختان عرعر از جایی که اکنون صحرای موهاوی نامیده می شود ناپدید شدند و غذای مورد علاقه شان را از بسته بندی ها ربودند. اکنون، زیست‌شناسان دانشگاه یوتا تلاش برای یافتن ژن‌های سم‌زدایی را محدود کرده‌اند که به جوندگان اجازه می‌دهد بوته‌های کرئوزوت سمی جایگزین درخت عرعر را بخورند.
پروفسور دنیس دیرینگ، نویسنده ارشد این مطالعه که به صورت آنلاین در 7 آوریل در ژورنال Molecular Ecology منتشر شد، می‌گوید: «یا آن را بخورید یا بیرون بروید.»در طول این مطالعه، هشت packrats - همچنین به عنوان woodrats شناخته می شود - از هر یک از دو منطقه غربی گرفته شد: صحرای Mojave و حوضه بزرگ سردتر. موش‌های هر دو منطقه با غذای خرگوش مخلوط با کرئوزوت یا ارس تغذیه شدند. دانشمندان سپس نقشه های ژنتیکی جوندگان را اسکن کردند تا به دنبال ژن های فعال موسوم به "ژن های تبدیل زیستی" بگردند، زیرا آنها آنزیم های کبدی را برای سم زدایی سموم موجود در کرئوزوت و درخت عرعر کم سمی تولید می کنند.
«ما ۲۴ ژن را در موش‌های جنگلی صحرای موهاوی پیدا کردیم که می‌تواند در مصرف برگ‌های بوته‌های کرئوزوت نقش کلیدی داشته باشد. "برگ ها با یک رزین سمی پوشیده شده اند که می تواند تا 24 درصد وزن خشک گیاه را تشکیل دهد."
Dearing می گوید که او این مطالعه را انجام داده است زیرا "ما واقعاً نمی دانیم که حیوانات وحشی چگونه رژیم غذایی خود را پردازش می کنند و چگونه گیاهخواران می توانند از رژیم های غذایی واقعا سمی تغذیه کنند. اگر ما بتوانیم آن را درک کنیم، ممکن است بتوانیم درک کنیم که چگونه آنها با تغییرات آب و هوایی مقابله خواهد کرد."
برای مثال، "سموم موجود در کرئوزوت می تواند به افزایش دی اکسید کربن [اتمسفر] پاسخ دهد،" که باعث گرم شدن کره زمین می شود. گیاهان ممکن است در شرایط CO2 افزایش سموم بیشتری بسازند زیرا این سموم از اتم‌های کربن ساخته شده‌اند.
Dearing می گوید هنگامی که ژن های واقعی سم زدایی کرئوزوت در میان 24 نامزد شناسایی شده توسط مطالعه جدید مشخص شود، این ژن ها ممکن است روزی برای اصلاح گاو، گوسفند یا سایر حیوانات چرا مورد استفاده قرار گیرند تا بتوانند کرئوزوت را بخورند..
"موهاو بزرگ است، و چیزهای زیادی وجود ندارد که کرئوزوت را بخورد."
Dearing این مطالعه را با Jael Malenke، محقق فوق دکتری زیست شناسی در دانشگاه یوتا، و Elodie Magnanou، که تا مارس 2008 در همین سمت بود و اکنون در دانشگاه پیر و ماری کوری در فرانسه است، انجام داد.
این مطالعه توسط بنیاد ملی علوم تامین شد.
'A Tale of Two Poison'
مصرف گیاهان انسان سالم است، به لطف کشاورزی، که سموم را از گیاهانی که می خوریم تولید می کند، Dearing می گوید. مردم همچنین از نظر ژنتیکی - مانند woodrats - با تغییرات خاصی در رژیم غذایی خود سازگار شدند. ژن های اضافی برای آنزیم های هضم کننده نشاسته در افرادی که رژیم های غذایی پر نشاسته دارند (سیب زمینی، برنج، غلات)، مانند ژاپنی ها و اروپایی ها وجود دارد.
"دیرینگ می گوید: "غذا خوردن برای گیاهخواران [غیر انسانی] واقعا خطرناک است. "بیشتر گیاهان برای جلوگیری از خوردن مواد سمی تولید می کنند."
او می گوید اطلاعات کمی در مورد چگونگی خلع سلاح مهره داران گیاهخوار از دفاع گیاهان وجود دارد. تا قبل از ظهور تکنیک‌های ژنتیکی برای اسکن ژنوم یک حیوان، یا طرح ژنتیکی، "ما فقط می‌توانستیم به یک، دو یا سه آنزیم در یک زمان نگاه کنیم. کارهای بسیار بیشتری روی حشرات انجام شده است، زیرا آنها آفت هستند و مقدار زیادی از آن را می‌خورند. گیاهانی که می خوریم."
کرئوزوت چوب رزینی است که از بوته های کرئوزوت یا درمان با دمای بالا برخی از چوب های دیگر به دست می آید و زمانی در ملین ها، داروهای ضد سرفه و ضدعفونی کننده ها استفاده می شد.این کرئوزوت با کرئوزوت قطران زغال سنگ که از مواد پتروشیمی ساخته شده است و پرمصرف ترین نگهدارنده چوب در جهان است که برای تیرهای برق، اتصالات راه آهن و الوارهای پل استفاده می شود، متفاوت است.
حتی با وجود ژن‌های سم‌زدایی، بوته کرئوزوت آنقدر سمی است که بسته‌ها می‌توانند آنقدر بخورند. هنگامی که آنها آن را به طور انحصاری می خورند، در زمستان، در واقع وزن کم می کنند. آنها در بهار با خوردن گیاهان یکساله و علف‌ها، یوکا و سایر گیاهان وزن اضافه می‌کنند. درخت عرعر نیز سمی است، اما نه به اندازه بوته کرئوزوت.
قبل از حمله کرئوزوت به جنوب غربی آمریکای جنوبی، درختان درخت عرعر در سرتاسر منطقه ای که اکنون حوضه بزرگ یوتا و نوادا و صحرای موهاوی جنوب غربی یوتا، جنوب نوادا و جنوب شرقی کالیفرنیا است، سرو می خوردند..
اما با از بین رفتن آخرین عصر یخبندان همه چیز در حال تغییر بود. دیرینگ می‌گوید: «در حالی که یخچال‌ها در حال عقب‌نشینی بودند، بوته‌های کرئوزوت در حال هجوم بودند. بیابان‌های جنوب غربی با گرمتر و خشک‌تر شدن زمین در حال شکل‌گیری بودند و بوته‌های کرئوزوت جایگزین درختان ارس در آن نواحی شدند."
وودرات ها همچنین به عنوان packrat شناخته می شوند، زیرا آنها با استفاده از شاخه ها، شاخه ها، خرده های سفال و سایر زباله ها "میددن" هایی به وسعت حیاط و ارتفاع 2 فوتی می سازند. میدن ها معمولاً در بالای زمین هستند - زیر درختان عرعر در حوضه بزرگ و یوکا در موهاوه.
از آنجایی که میان‌دهان باستانی حفظ شده‌اند، دانشمندان محتویات آنها را که شامل گرده درخت عرعر می‌شود، تجزیه و تحلیل کرده‌اند و نشان می‌دهند که در سرتاسر جنوب غرب، پیش از گرم شدن آب‌وهوا، درخت عرعر می‌خوردند. گرده کرئوزوت نشان می‌دهد که بوته‌ها تا 10000 سال پیش در موهاوه گسترش یافته‌اند.
"من این را به عنوان داستان دو سم یا داستان دو رژیم غذایی می بینم - دو جمعیت از یک گونه که از غذاهای اصلی بسیار متفاوت تغذیه می کنند: کرئوزوت و درخت عرعر." "مثل این است که ناگهان غذای شما با سمی متفاوت از آنچه که قبلا عادت کرده اید پوشانده شود. دیدن واکنش این حیوانات به یک رویداد طبیعی تغییرات آب و هوایی که در آن مجبور شدند رژیم غذایی خود را تغییر دهند و با نوع جدیدی از سم سازگار شوند، جالب است."
Dearing می‌گوید که با هجوم کرئوزوت، برخی از موش‌های چوبی قبلاً ژن‌هایی داشتند که به آنها اجازه می‌داد کرئوزوت بخورند یا جهشی در ژن‌های سم‌زدایی موجود وجود داشت که مصرف کرئوزوت را مجاز می‌کرد. با گذشت زمان، درختان موهاوی با این ژن‌ها بیشتر روی کرئوزوت زنده می‌مانند، در حالی که آنهایی که در حوضه بزرگ به درخت عرعر چسبیده بودند.
جستجوی ژن های سم زدایی
در مطالعه جدید، Dearing و همکارانش از ریزآرایه‌هایی استفاده کردند که برای اسکن ژن‌های موش آزمایشگاهی طراحی شده‌اند - یک اسلاید شیشه‌ای حاوی قطعات کوچکی از حدود ۴۰،۰۰۰ ژن. این قطعات در یک نمونه از مواد ژنتیکی به همتایان خود متصل می شوند - در این مطالعه، عصاره ای از جگر woodrat.
این ریزآرایه ها، با قطعاتی از ۴۰،۰۰۰ ژن موش آزمایشگاهی، شامل ۲۲۴ ژن تبدیل زیستی یا سم زدایی بودند که قبلاً در موش های آزمایشگاهی شناسایی شده بودند. Dearing تصمیم گرفت ریزآرایه‌های موش آزمایشگاهی را روی بسته‌های مرتبط نزدیک امتحان کند.
«ما هرگز نتوانستیم این تعداد ژن سم زدایی را به یکباره بررسی کنیم،» Dearing می گوید. "قبل از ظهور این ریزآرایه ها، تکنیک هایی وجود نداشت که بتوانیم ژن های سم زدایی را به طور جامع بررسی کنیم."
تجزیه و تحلیل ریزآرایه نشان می دهد که کدام ژن در موش های چوبی "بیان" یا فعال شده است تا آنزیم هایی تولید کند که سموم موجود در کرئوزوت و ارس را در آب محلول می کند و بنابراین به راحتی توسط جوندگان دفع می شود.
محققان هشت بسته را از هر دو منطقه با استفاده از تله حیوانات زنده طعمه‌شده با کره بادام‌زمینی و جو جمع‌آوری کردند. درختان موهاوی از لایتل رنچ، حفاظت‌شده حفاظت از طبیعت در جنوب غربی یوتا آمده‌اند. درختان چوبی بزرگ حوضه از ناحیه وایت راکس در شهرستان توئل، در غرب سالت لیک سیتی آمده اند.
هشت خرگوش از هر منطقه با جیره هایی تغذیه شدند که در آن غذای خرگوش یا با رزین کرئوزوت یا با برگ های ریز آسیاب شده ارس درمان می شد. سپس از ریزآرایه‌ها برای تعیین اینکه کدام ژن در هر رژیم غذایی در هر گروه از بسته‌ها فعال شده است استفاده شد.
«زمانی که هر دو جمعیت با ارس تغذیه شدند، تفاوت های کمتری بین این دو جمعیت در بیان ژن و همچنین در توانایی آنها در خوردن درخت عرعر پیدا کردیم.این نشان می دهد که درختان موهاوی هنوز به طور کامل توانایی خود را در سم زدایی ارس از دست نداده اند. هر دو گروه از پاکرات وزن خود را کاهش دادند و نشان داد که آنها فقط می توانند مقدار زیادی از درخت عرعر را بخورند که حتی سمی تر است، اما باید سایر گیاهان موجود را بخورند.
"سپس ما به هر دو گروه با کرئوزوت تغذیه کردیم، و این به ما اجازه داد تا این 24 ژن سم زدایی را شناسایی کنیم" که بیشتر در درختان موهاوی نسبت به خویشاوندان حوضه بزرگ آنها فعال شده بودند. به دلیل آن ژن‌ها، موهاوی پاکرات کرئوزوت بیشتری نسبت به گریت بیسین خوردند، و همچنین توانستند وزن خود را با خوردن کرئوزوت حفظ کنند، در حالی که جوندگان حوضه بزرگ وزن کم کردند.
با 24 ژن کاندید، "اکنون باید هر یک از این ژن ها را بررسی کنیم تا ببینیم کدام یک در سم زدایی کرئوزوت مهم هستند."
