التنوع الوراثي والكيميائي

التنوع الوراثي هو مفهوم بديل للتنوع الحيوي. التنوع الوراثي (Genetic diversity) (أو التباين) هو المادة الخام للتكيف في النوع. يعتمد الإمكانات المستقبلية للنوع للتكيف على التنوع الوراثي الموجود في جينومات الأفراد في الجماعات الأحيائية التي تشكل النوع. وينطبق الشيء نفسه على الفئات التصنيفية الأعلى. سيكون الجنس الذي يضم أنواعًا مختلفة جدًا من الأنواع أكثر تنوعًا وراثيًا من الجنس الذي يضم أنواعًا متشابهة في المظهر ولها بيئات متشابهة. الجنس الذي يتمتع بأكبر إمكانات للتطور اللاحق هو الأكثر تنوعًا وراثيًا.

تُشفر معظم الجينات البروتينات، التي تقوم بدورها بالعمليات الأيضية التي تحافظ على الكائنات الحية وتكاثرها. يمكن أيضًا تصور التنوع الوراثي على أنه التنوع الكيميائي (chemical diversity) من حيث أن الأنواع ذات التركيبات الوراثية المختلفة تنتج تشكيلات مختلفة من المواد الكيميائية في خلاياها (البروتينات وكذلك منتجات الأيض ومنتجاته الثانوية). هذا التنوع الكيميائي مهم للبشر بسبب الاستخدامات المحتملة لهذه المواد الكيميائية، مثل الأدوية. على سبيل المثال، يُشتق دواء الإبتيفيباتيد من سم الأفعى الجرسية ويستخدم لمنع النوبات القلبية لدى الأفراد الذين يعانون من حالات قلبية معينة.

في الوقت الحاضر، من الأرخص بكثير اكتشاف المركبات التي تنتجها الكائنات الحية بدلاً من تخيلها ثم تركيبها في المختبر. التنوع الكيميائي هو إحدى طرق قياس التنوع المهمة لصحة الإنسان ورفاهيته. من خلال التربية الانتقائية، قام البشر بتدجين الحيوانات والنباتات والفطريات، ولكن حتى هذا التنوع يعاني من خسائر بسبب قوى السوق والعولمة المتزايدة في الزراعة البشرية والهجرة. على سبيل المثال، تنتج شركات البذور الدولية عددًا قليلاً جدًا من أصناف المحاصيل المعينة وتقدم حوافز حول العالم للمزارعين لشراء هذه الأصناف القليلة بينما يتخلون عن أصنافهم التقليدية، التي هي أكثر تنوعًا بكثير. تعتمد الجماعات البشرية على تنوع المحاصيل مباشرة كمصدر غذائي مستقر، ويعد تدهورها أمرًا مقلقًا لعلماء الأحياء وعلماء الزراعة.

تنوع الأنظمة البيئية

من المفيد أيضًا تعريف تنوع النظام البيئي (ecosystem diversity): وهو عدد الأنظمة البيئية المختلفة على الأرض أو في منطقة جغرافية. يمكن أن تختفي أنظمة بيئية بأكملها حتى لو تمكنت بعض الأنواع من البقاء على قيد الحياة بالتكيف مع أنظمة بيئية أخرى. يعني فقدان نظام بيئي فقدان التفاعلات بين الأنواع، وفقدان السمات الفريدة للتكيف المشترك، وفقدان الإنتاجية البيولوجية التي يمكن للنظام البيئي أن يخلقها. مثال على نظام بيئي منقرض إلى حد كبير في أمريكا الشمالية هو نظام السهول العشبية البيئي (شكل 21.3). كانت السهول العشبية تمتد ذات يوم عبر وسط أمريكا الشمالية من الغابة الشمالية في شمال كندا وصولاً إلى المكسيك. لقد اختفت الآن تقريبًا، وحلت محلها حقول المحاصيل، والمراعي، والتوسع العمراني في الضواحي. العديد من الأنواع لا تزال موجودة، لكن النظام البيئي شديد الإنتاجية الذي كان مسؤولاً عن إنشاء أكثر تربتنا الزراعية إنتاجية قد اختفى الآن. ونتيجة لذلك، تستنزف تربتها الآن ما لم يتم الحفاظ عليها صناعيًا بتكلفة أكبر. يحدث الانخفاض في إنتاجية التربة لأن التفاعلات في النظام البيئي الأصلي قد فُقدت؛ كان هذا فقدانًا أكثر أهمية بكثير من الأنواع القليلة نسبيًا التي انقرضت عندما دُمر نظام السهول العشبية البيئي.

شكل 21.3 إن تنوع الأنظمة البيئية على الأرض—من الشعاب المرجانية إلى السهول العشبية—يمكّن وجود تنوع كبير من الأنواع. (المصدر "الشعاب المرجانية": تعديل لعمل جيم ماراغوس، خدمة الأسماك والحياة البرية الأمريكية؛ المصدر "السهول العشبية": تعديل لعمل جيم مينراث، خدمة الأسماك والحياة البرية الأمريكية)

التنوع الحالي للأنواع

على الرغم من الجهود الكبيرة، فإن المعرفة بالأنواع التي تسكن الكوكب محدودة. يشير تقدير حديث إلى أن الأنواع حقيقية النواة التي لديها أسماء علمية، حوالي 1.5 مليون نوع، تمثل أقل من 20 بالمائة من العدد الإجمالي للأنواع حقيقية النواة الموجودة على الكوكب (8.7 مليون نوع، حسب أحد التقديرات). تقديرات أعداد الأنواع بدائية النواة هي تخمينات إلى حد كبير، لكن علماء الأحياء يتفقون على أن العلم بدأ للتو في فهرسة تنوعها. حتى مع ما هو معروف، لا يوجد مستودع مركزي للأسماء أو عينات الأنواع الموصوفة؛ لذلك، لا توجد طريقة للتأكد من أن 1.5 مليون وصف هو رقم دقيق. إنه أفضل تخمين بناءً على آراء الخبراء في المجموعات التصنيفية المختلفة. نظرًا لأن الأرض تفقد الأنواع بوتيرة متسارعة، فإن العلم يعرف القليل عما يتم فقده. يعرض جدول 21.1 تقديرات حديثة للتنوع الحيوي في مجموعات مختلفة.

توجد مبادرات مختلفة لفهرسة الأنواع الموصوفة بطرق يسهل الوصول إليها وأكثر تنظيمًا، ويسهل الإنترنت هذا الجهد. ومع ذلك، بالمعدل الحالي لوصف الأنواع، والذي وفقًا لتقارير تقرير حالة الأنواع المرصودة1 هو 17,000-20,000 نوع جديد سنويًا، سيستغرق الأمر ما يقرب من 500 عام لوصف جميع الأنواع الموجودة حاليًا. ومع ذلك، فإن المهمة أصبحت مستحيلة بشكل متزايد بمرور الوقت حيث يزيل الانقراض (extinction) الأنواع من الأرض أسرع مما يمكن وصفها.

قد يبدو تسمية الأنواع وعدها سعيًا غير مهم بالنظر إلى الاحتياجات الأخرى للبشرية، لكنه ليس مجرد عملية حسابية. وصف الأنواع هو عملية معقدة يحدد من خلالها علماء الأحياء الخصائص الفريدة للكائن الحي وما إذا كان هذا الكائن ينتمي إلى أي نوع آخر موصوف أم لا. يسمح هذا لعلماء الأحياء بالعثور على الأنواع والتعرف عليها بعد الاكتشاف الأولي لمتابعة الأسئلة المتعلقة ببيولوجيتها. سينتج عن هذا البحث اللاحق الاكتشافات التي تجعل الأنواع ذات قيمة للبشر ولأنظمتنا البيئية. بدون اسم ووصف، لا يمكن دراسة النوع بعمق وبطريقة منسقة من قبل عدة علماء.

صحة الإنسان

تُشتق العديد من الأدوية من مواد كيميائية طبيعية تنتجها مجموعة متنوعة من الكائنات الحية. على سبيل المثال، تنتج العديد من النباتات المركبات النباتية الثانوية (secondary plant compounds)، وهي سموم تستخدم لحماية النبات من الحشرات والحيوانات الأخرى التي تتغذى عليها. تعمل بعض هذه المركبات النباتية الثانوية أيضًا كأدوية بشرية. غالبًا ما تمتلك المجتمعات المعاصرة التي تعيش بالقرب من الأرض معرفة واسعة بالاستخدامات الطبية للنباتات التي تنمو في منطقتها. لقرون في أوروبا، جُمعت المعرفة القديمة حول الاستخدامات الطبية للنباتات في كتب الأعشاب—وهي كتب تحدد النباتات واستخداماتها. البشر ليسوا الحيوانات الوحيدة التي تستخدم النباتات لأسباب طبية. فقد لوحظت جميع القردة العليا الأخرى، مثل إنسان الغاب والشمبانزي والبونوبو والغوريلا، وهي تعالج نفسها بالنباتات.

يدرك علم الصيدلة الحديث أيضًا أهمية هذه المركبات النباتية. تشمل أمثلة الأدوية الهامة المشتقة من المركبات النباتية الأسبرين، الكوديين، الديجوكسين، الأتروبين، والفينكريستين (شكل 21.5). العديد من الأدوية كانت تُشتق في السابق من مستخلصات نباتية ولكنها تُصنع الآن. يُقدر أنه في وقت من الأوقات، كان 25 بالمائة من الأدوية الحديثة تحتوي على مستخلص نباتي واحد على الأقل. ربما انخفض هذا العدد إلى حوالي 10 بالمائة مع استبدال المكونات النباتية الطبيعية بنسخ اصطناعية من المركبات النباتية. المضادات الحيوية، المسؤولة عن تحسينات غير عادية في الصحة ومتوسط العمر في البلدان المتقدمة، هي مركبات مشتقة إلى حد كبير من الفطريات والبكتيريا.

شكل 21.5 نبات الكاثَرَنْتُوس الوردي (Catharanthus roseus)، أو وينكا مدغشقر، له خصائص طبية متنوعة. من بين استخداماته الأخرى، هو مصدر للفينكريستين، وهو دواء يستخدم في علاج الليمفوما. (المصدر: فورست وكيم ستار)

في السنوات الأخيرة، أثارت سموم الحيوانات وسُمومها بحثًا مكثفًا حول إمكاناتها الطبية. بحلول عام 2007، وافقت إدارة الغذاء والدواء (FDA) على خمسة أدوية تعتمد على سموم حيوانية لعلاج أمراض مثل ارتفاع ضغط الدم، والألم المزمن، والسكري. تخضع خمسة أدوية أخرى لتجارب سريرية، ويُستخدم ستة أدوية على الأقل في بلدان أخرى. تأتي السموم الأخرى قيد التحقيق من الثدييات، والثعابين، والسحالي، والعديد من البرمائيات، والأسماك، والقواقع، والأخطبوطات، والعقارب.

بصرف النظر عن تمثيلها لمليارات الدولارات من الأرباح، فإن هذه الأدوية تحسن حياة الناس. تبحث شركات الأدوية بنشاط عن مركبات طبيعية جديدة يمكن أن تعمل كأدوية. يُقدر أن ثلث البحث والتطوير الصيدلاني يُنفق على المركبات الطبيعية، وأن حوالي 35 بالمائة من الأدوية الجديدة التي طُرحت في السوق بين عامي 1981 و 2002 كانت من مركبات طبيعية.

أخيرًا، قيل إن البشر يستفيدون نفسيًا من العيش في عالم متنوع حيويًا. المؤيد الرئيسي لهذه الفكرة هو عالم الحشرات إي. أو. ويلسون. يجادل بأن تاريخ التطور البشري قد كيفنا للعيش في بيئة طبيعية وأن البيئات المبنية تولد ضغوطًا تؤثر على صحة الإنسان ورفاهيته. هناك أبحاث كبيرة حول الفوائد النفسية المتجددة للمناظر الطبيعية التي تشير إلى أن الفرضية قد تحمل بعض الحقيقة.

الزراعة

منذ بداية الزراعة البشرية قبل أكثر من 10,000 عام، قامت الجماعات البشرية بتربية واختيار أصناف المحاصيل. وقد تطابق هذا التنوع في المحاصيل مع التنوع الثقافي للجماعات السكانية البشرية شديدة التجزئة. على سبيل المثال، تم تدجين البطاطس بدءًا من حوالي 7,000 عام مضت في جبال الأنديز الوسطى في بيرو وبوليفيا. عاش سكان هذه المنطقة تقليديًا في مستوطنات معزولة نسبيًا تفصلها الجبال. تنتمي البطاطس المزروعة في تلك المنطقة إلى سبعة أنواع، ومن المحتمل أن يصل عدد الأصناف إلى الآلاف. وقد تم تربية كل صنف ليزدهر في ارتفاعات وظروف تربة ومناخ معينة. يدفع التنوع بالمتطلبات المتنوعة للتغيرات الكبيرة في الارتفاع، والحركة المحدودة للأشخاص، والمتطلبات التي يخلقها تناوب المحاصيل لأصناف مختلفة ستؤدي أداءً جيدًا في حقول مختلفة.

البطاطس هي مجرد مثال واحد على التنوع الزراعي. كل نبات وحيوان وفطر تم زراعته من قبل البشر قد تم تربيته من أنواع أسلاف برية أصلية إلى أصناف متنوعة ناشئة عن متطلبات القيمة الغذائية، والتكيف مع ظروف النمو، ومقاومة الآفات. توضح البطاطس مثالًا معروفًا جيدًا لمخاطر انخفاض تنوع المحاصيل: خلال مجاعة البطاطس الأيرلندية المأساوية (1845-1852 م)، أصبح صنف البطاطس الوحيد المزروع في أيرلندا عرضة لآفة البطاطس—مما أدى إلى القضاء على المحصول. أدى فقدان المحصول إلى المجاعة والموت والهجرة الجماعية. مقاومة الأمراض هي فائدة رئيسية للحفاظ على التنوع الحيوي للمحاصيل، ويحمل نقص التنوع في أنواع المحاصيل المعاصرة مخاطر مماثلة. يجب على شركات البذور، التي هي مصدر معظم أصناف المحاصيل في البلدان المتقدمة، أن تستمر في تربية أصناف جديدة لمواكبة الكائنات الحية الآفة المتطورة. ومع ذلك، شاركت شركات البذور هذه في انخفاض عدد الأصناف المتاحة حيث تركز على بيع عدد أقل من الأصناف في المزيد من مناطق العالم، لتحل محل الأصناف المحلية التقليدية.

تعتمد القدرة على إنشاء أصناف محاصيل جديدة على تنوع الأصناف المتاحة وتوفر الأشكال البرية المرتبطة بنبات المحصول. غالبًا ما تكون هذه الأشكال البرية مصدرًا لمتغيرات جينية جديدة يمكن تهجينها مع الأصناف الموجودة لإنشاء أصناف ذات سمات جديدة. سيعني فقدان الأنواع البرية المرتبطة بالمحصول فقدان الإمكانات في تحسين المحاصيل. يضمن الحفاظ على التنوع الوراثي للأنواع البرية المرتبطة بالأنواع المستأنسة استمرار إمدادنا بالغذاء.

منذ عشرينيات القرن الماضي، حافظت إدارات الزراعة الحكومية على بنوك بذور لأصناف المحاصيل كوسيلة للحفاظ على تنوع المحاصيل. يعاني هذا النظام من عيوب لأنه بمرور الوقت تُفقد أصناف البذور بسبب الحوادث ولا توجد طريقة لاستبدالها. في عام 2008، بدأ قبو سفالبارد العالمي للبذور، الواقع في جزيرة سبيتسبيرغن بالنرويج، (شكل 21.6) في تخزين البذور من جميع أنحاء العالم كنظام احتياطي لبنوك البذور الإقليمية. إذا قام بنك بذور إقليمي بتخزين أصناف في سفالبارد، يمكن استبدال الخسائر من سفالبارد في حال حدوث شيء للبذور الإقليمية. يقع قبو بذور سفالبارد عميقًا داخل صخور الجزيرة القطبية الشمالية. تُحافظ الظروف داخل القبو على درجة حرارة ورطوبة مثاليتين لبقاء البذور، لكن الموقع العميق تحت الأرض للقبو في القطب الشمالي يعني أن فشل أنظمة القبو لن يؤثر على الظروف المناخية داخل القبو.

ربط بصري

شكل 21.6 قبو سفالبارد العالمي للبذور هو مرفق تخزين لبذور محاصيل الأرض المتنوعة. (المصدر: ماري تيفري، قبو سفالبارد العالمي للبذور)

يقع قبو بذور سفالبارد في جزيرة سبيتسبيرغن بالنرويج، التي تتمتع بمناخ قطبي. لماذا قد يكون المناخ القطبي جيدًا لتخزين البذور؟

على الرغم من أن المحاصيل تخضع لسيطرتنا إلى حد كبير، إلا أن قدرتنا على زراعتها تعتمد على التنوع الحيوي للأنظمة البيئية التي تُزرع فيها. يخلق هذا التنوع الحيوي الظروف التي تمكّن المحاصيل من النمو من خلال ما يُعرف بخدمات النظام البيئي—وهي ظروف أو عمليات قيّمة تُنفذ بواسطة نظام بيئي. لا تُزرع المحاصيل، في معظمها، في بيئات مبنية. بل تُزرع في التربة. وعلى الرغم من أن بعض الترب الزراعية تُعقم باستخدام علاجات مبيدات الآفات المثيرة للجدل، إلا أن معظمها يحتوي على تنوع هائل من الكائنات الحية التي تحافظ على دورات المغذيات—عن طريق تحليل المواد العضوية إلى مركبات غذائية تحتاجها المحاصيل للنمو. تحافظ هذه الكائنات أيضًا على قوام التربة الذي يؤثر على ديناميكيات الماء والأكسجين في التربة الضرورية لنمو النباتات. استبدال عمل هذه الكائنات في تكوين التربة الصالحة للزراعة ليس ممكنًا عمليًا. تُسمى هذه الأنواع من العمليات خدمات النظام البيئي. تحدث داخل الأنظمة البيئية، مثل الأنظمة البيئية للتربة، كناتج للأنشطة الأيضية المتنوعة للكائنات الحية التي تعيش هناك، ولكنها توفر فوائد لإنتاج الغذاء البشري، وتوفر مياه الشرب، والهواء النقي.

من خدمات النظام البيئي الرئيسية الأخرى المتعلقة بإنتاج الغذاء تلقيح النباتات ومكافحة آفات المحاصيل. يُقدر أن تلقيح نحل العسل داخل الولايات المتحدة يدر 1.6 مليار دولار سنويًا؛ وتساهم الملقحات الأخرى بما يصل إلى 6.7 مليار دولار. تتطلب أكثر من 150 محصولًا في الولايات المتحدة التلقيح لإنتاجها. يدير مربو النحل العديد من جماعات نحل العسل الذين يؤجرون خدمات خلاياهم للمزارعين. عانت جماعات نحل العسل في أمريكا الشمالية من خسائر كبيرة بسبب متلازمة تُعرف باضطراب انهيار المستعمرات، وهي ظاهرة جديدة ذات سبب غير واضح. تشمل الملقحات الأخرى مجموعة متنوعة من أنواع النحل الأخرى والحشرات والطيور المختلفة. سيجعل فقدان هذه الأنواع زراعة المحاصيل التي تتطلب التلقيح أمرًا مستحيلًا، مما يزيد الاعتماد على محاصيل أخرى.

أخيرًا، يتنافس البشر على طعامهم مع آفات المحاصيل، ومعظمها من الحشرات. تتحكم المبيدات الحشرية في هؤلاء المنافسين، لكنها مكلفة وتفقد فعاليتها بمرور الوقت مع تكيف جماعات الآفات. كما أنها تؤدي إلى أضرار جانبية بقتل الأنواع غير الآفة وكذلك الحشرات المفيدة مثل نحل العسل، وتعريض صحة العمال الزراعيين والمستهلكين للخطر. علاوة على ذلك، قد تنتقل هذه المبيدات من الحقول التي تُطبق فيها وتسبب أضرارًا لأنظمة بيئية أخرى مثل الجداول والبحيرات وحتى المحيط. يعتقد علماء البيئة أن الجزء الأكبر من العمل في إزالة الآفات يتم فعليًا بواسطة مفترسات وطفيليات تلك الآفات، لكن تأثير ذلك لم يُدرس جيدًا. وجدت مراجعة أن في 74 بالمائة من الدراسات التي بحثت عن تأثير تعقيد المناظر الطبيعية (الغابات والحقول البور القريبة من حقول المحاصيل) على الأعداء الطبيعيين للآفات، كلما زاد التعقيد، زاد تأثير الكائنات الحية التي تكبح الآفات. وجدت دراسة تجريبية أخرى أن إدخال أعداء متعددين لمنّ البازلاء (آفة مهمة للبرسيم) زاد من محصول البرسيم بشكل كبير. تُظهر هذه الدراسة أن تنوع أعداء الآفات أكثر فعالية في السيطرة من كابح آفة واحد. سيؤدي فقدان التنوع في أعداء الآفات حتمًا إلى جعل زراعة الغذاء أكثر صعوبة وتكلفة. يواجه سكان العالم المتزايدون تحديات كبيرة في التكاليف المتزايدة والصعوبات الأخرى المرتبطة بإنتاج الغذاء.

مصادر الغذاء البرية

بالإضافة إلى زراعة المحاصيل وتربية حيوانات الغذاء، يحصل البشر على موارد غذائية من الجماعات البرية، وبشكل أساسي من جماعات الأسماك البرية. بالنسبة لحوالي مليار شخص، توفر الموارد المائية المصدر الرئيسي للبروتين الحيواني. ولكن منذ عام 1990، انخفض الإنتاج من مصايد الأسماك العالمية. وعلى الرغم من الجهود الكبيرة، فإن عدد قليل من مصايد الأسماك على الأرض تُدار بشكل مستدام.

نادرًا ما تؤدي حالات انقراض مصايد الأسماك إلى انقراض كامل للأنواع التي يتم صيدها، بل تؤدي إلى إعادة هيكلة جذرية للنظام البيئي البحري حيث يتم الإفراط في صيد نوع مهيمن لدرجة أنه يصبح لاعبًا ثانويًا من الناحية البيئية. بالإضافة إلى فقدان البشر لمصدر الغذاء، تؤثر هذه التغييرات على العديد من الأنواع الأخرى بطرق يصعب أو يستحيل التنبؤ بها. لانهيار مصايد الأسماك آثار دراماتيكية وطويلة الأمد على الجماعات البشرية المحلية التي تعمل في الصيد. بالإضافة إلى ذلك، فإن فقدان مصدر بروتين غير مكلف للجماعات السكانية التي لا تستطيع تحمل تكلفة استبداله سيزيد من تكلفة المعيشة ويحد من المجتمعات بطرق أخرى. بشكل عام، تحولت الأسماك التي يتم صيدها من المصايد إلى أنواع أصغر، ويتم الإفراط في صيد الأنواع الأكبر. يمكن أن تكون النتيجة النهائية بوضوح هي فقدان الأنظمة المائية كمصادر للغذاء.