הבנת הבסיס החומרי של התפתחות אדפטיבית הייתה מטרה מרכזית בביולוגיה המתוארכת לפחות לתקופת דארווין. מוקד אחד של הוויכוחים הנוכחיים הוא האם התפתחות אדפטיבית מסתמכת על מוטציות רבות עם השפעות קטנות ושוות בערך, או שהיא מונעת על ידי מוטציות אחת או מעטות הגורמות לשינויים גדולים בתכונות.
סידור מחדש כרומוזומלי בו נתחים גדולים של כרומוזומים הופכים, נעים, נמחקים או משוכפלים, מספקים מקור אפשרי ל"מקרומוטציות כה גדולות. עם זאת, אפיון סידור מחדש כרומוזומלי עם שיטות רצף DNA נפוצות היה קשה.
אורגניזמים רבים, כולל בני אדם, הם דיפלואידים, כלומר יש להם שתי קבוצות של כרומוזומים – אחת מכל הורה. כך גם לגבי חרקי מקל. זה הופך את זיהוי הסידור מחדש כרומוזומלי עם מינים מאתגרים בעת הרכבת גנומים.
בעבר העמדנו ממוצעים של נתונים מכל ערכת כרומוזומים, אך הדיוק המוגבל של שיטה זו אינו מספר את כל הסיפור. השימוש בגישות חדשות יותר, מולקולריות וחישוביות המייצרות מכלולי גנום שלב, בהן מרכיבים שני העותקים של כל כרומוזום בנפרד, אפשרו לנו להראות ישירות כיצד סידור מחדש כרומוזומלי מורכב אפשרו חרקי מקל להסתגל על ידי היותם קריפטיים על מפעלים מארחים שונים ובכך להימנע מקדמה. "
זכריה גומפרט, ביולוג אבולוציוני, אוניברסיטת יוטה
בגיליון המקוון של 18 באפריל 2025 של האגודה האמריקאית לקידום כתב העת המדע מַדָעGompert ועמיתיו מדווחים על סטייה אדפטיבית בתבנית הצבע הקריפטי על ידי שני סידור מחדש של כרומוזומל מורכב, שם הועברו מיליוני בסיסים של DNA לאחור והועברו מחלק אחד של כרומוזום למשנהו, באופן עצמאי אוכלוסיות של חרקים מקל על הרים שונים. התורמים של מחברים על העיתון כוללים את משתף הפעולה הוותיק של גומפרט, פטריק נוסיל וחוקרים אחרים מהמרכז הלאומי הצרפתי למחקר מדעי (CNRS), יחד עם מדענים מאוניברסיטת נוטרדאם, אוניברסיטת נבדה, רינו, והמכון לחקר סרטן באוניברסיטת בריטניה. המחקר נתמך על ידי הקרן הלאומית למדע ומועצת המחקר האירופית.
המדענים למדו Timema Cristinae חרקים עם דפוסי צבע מגוונים, שנאספו משני הרים ליד סנטה ברברה, קליפורניה. החרקים חסרי הכנפיים, האכילים הצומחיים, מותאמים באופן שונה לשני מיני צמחים שונים בבתי הגידול הצפוניים החופיים. דפוס חרקים מקל אחד הוא ירוק, ומאפשר לו להשתלב עם לילך בקליפורניה, בעוד שהשנייה מציגה פס לבן דק על גבו, מה שהופך אותו כמעט בלתי ניתן לגילוי בין העלים דמויי המחט של שיח השמישה.
גומפרט ועמיתיו הראו כי ההבדל ההסתגלות הזה בתבנית הצבע מוסבר כמעט לחלוטין על ידי נוכחות לעומת היעדרם של סידור מחדש של מורכבים וכרומוזומליים אלה.
"טכנולוגיית ההרכבה הגנומית שלמה החדשה ששימשה במחקר זה הייתה יצירה קריטית בסיוע לנו לבחון כיצד התפתחה דפוס הצבע בחרקים אלה", אומר גומפרט, פרופסור במחלקת הביולוגיה של USU ובמרכז האקולוגיה של USU. "הממצאים שלנו מראים כי סידור מחדש כרומוזומלי עשוי להיות נפוץ ומורכב יותר ממה שחשבנו בעבר."
לדבריו, מוטציות אלה, למרות היותן גדולות, קל להחמיץ באמצעות גישות רצף DNA מסורתיות.
"סידור מחדש כרומוזומלי יכול להיות קשה לאתר ולאפיין באמצעות גישות סטנדרטיות", אומר גומפרט. "אנו בוחנים בעצם את 'החומר האפל' של הגנום."
וריאציה מבנית, הוא אומר, במקום להיות נדיר, עשויה להיות זמינה באופן קבוע להתפתחות מהירה.
"אנחנו פשוט מגרדים את פני השטח", אומר גומפרט. "חסר לנו הכלים לאיתור וריאציה מבנית, אך עם טכנולוגיה משופרת אנו משערים שהיא ממלאת תפקיד חשוב יותר באבולוציה ממה שהוכרה בעבר."
