داروین و تکمیل نظریات اوئن؛ نظریه‌ی نیای مشترک

کمی پس از انتشار مشاهدات اوئن در رساله‌ی کلاسیک او با نام در طبیعت اندام‌ها (On the Nature of Limbs)، چارلز داروین (Charles Darwin) تفسیری برازنده برای آن ارائه کرد. علت این‌که بال خفاش و بازوی انسان دارای الگوی اسکلتی مشترک‌اند این است که آن‌ها نیای مشترکی دارند. به‌همین صورت علت مشابهی برای بازوی انسان و بال پرندگان، ران انسان و ران قورباغه -و هر موجود دیگری که واجد اندام‌های حرکتی است- وجود دارد.

اما تفاوت عمده‌ای میان تئوری اوئن و داروین وجود دارد و آن این‌که تئوری داروین به ما اجازه‌ی پیش‌بینی‌های بسیار دقیقی می‌دهد؛ به‌دنبال نظریه‌ی داروین، ما انتظار داریم در طرح اوئن تاریخچه‌ای پیدا کنیم که در جانورانی هم که اساساً هیچ نوع اندام حرکتی ندارند آشکار شده باشد. پس ما باید کجا در جست‌وجوی تاریخچه‌ی الگوی دست‌وپا باشیم؟ ما به ماهی و اسکلت باله‌های آن نگریستیم.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

شباهت باله‌ها با دست‌وپا!؟.....

در زمان اوئن و داروین، تشابه میان باله‌ها با دست‌ها و پاها کاملاً بعید به‌نظر می‌آمد. تصور بر این بود که باله‌های ماهی هیچ شباهت مشهودی به دست‌وپا ندارند. به بیان دیگر، باله‌های ماهی تا حد زیادی شبیه صفحات عریضی‌اند که برای تماس با آب ساخته شده‌اند. نه دست‌وپاهای ما و نه اندام‌های حرکتی هیچ جانور زنده‌ی دیگری چیزی شبیه به این ندارند. حتی وقتی شما بافت باله را برای مشاهده‌ی اسکلت درونی تشریح می‌کنید، مقایسه‌ها چیزی را ساده‌تر نمی‌سازند.

در بیش‌تر ماهی‌ها، چیزی برای مقایسه با طرح اوئن مبتنی بر «یک استخوان؛ دو استخوان؛ گوی‌های استخوانی متعدد و الگوهای انگشتان» وجود ندارد. همه‌ی اندام‌های حرکتی دارای یک استخوان بلند در پایه‌اند: استخوان بازو در بالای دست و استخوان ران در بالای پا. اما اسکلت ماهی به‌نظر کاملاً متفاوت می‌آید. پایه‌ی باله‌ی اغلب ماهی‌ها چهار استخوان یا بیش‌تر در خود دارد.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

کشف ماهی شش‌دار؛ لپیدوسیرن پارادوکسا

در نیمه‌های قرن ۱۹، آناتومیست‌ها شروع به کشف اسرار زندگی ماهی‌های مناطق جنوبی کره‌ی زمین کردند. یکی از نخستین رازها، ماهی ویژه‌ای بود که آناتومیستی آلمانی که در آمریکای جنوبی کاوش می‌کرد، آن را کشف کرد. آن ماهی مشابه یک ماهی معمولی بود که باله و پولک داشت اما در پشت گلو کیسه‌های بزرگ رگ‌داری داشت که همان شش‌های او بودند! در عین حال، پولک و باله هم داشت. آن ماهی که باعث تعجب بسیار زیاد کاشفان خود شد، لپیدوسیرن پارادوکسا (Lepidosiren Paradoxa)، یعنی «دوزیست پولک‌دار متناقض»، نام گرفت.

خیلی زود ماهی‌های شش‌دار دیگری در آفریقا و استرالیا کشف شدند. کاوشگران آفریقایی یکی از آن ماهی‌ها را برای اوئن آوردند. دانشمندان آناتومیستی چون توماس هاکسلی (Thomas Huxley) و کارل گگنباور (Carl Gegenbaur) معتقد بودند ماهی شش‌دار یک واسط ضروری میان دوزیستان و ماهی‌ها به‌شمار می‌آید. بومیان نیز ادعا می‌کردند که ماهی‌های شش‌دار طعم خوبی دارند!

کشف الگوی کوچکی در باله‌های این ماهی‌ها تأثیر ژرفی بر علم گذاشت. باله‌های ماهی شش‌دار در پایه‌ی خود یک استخوان منفرد دارد که به شانه متصل شده است. برای دانشمندان آناتومی این قیاس کاملاً آشنا بود، زیرا بازوی ما نیز یک استخوان منفرد دارد که به شانه متصل است. در مورد ماهی شش‌دار، ما شاهد ماهی‌ای هستیم که استخوان بازو و شش دارد. این ماهی شش‌دار مشابه هیچ ماهی دیگری نیست؛ موافقید؟!

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

سرنخ‌های تازه از فسیل ماهی‌ها

هم‌زمان با شناسایی تعدادی از این گونه‌های زنده در قرن ۱۹، سرنخ‌های تازه‌ای هم از منابع دیگر به‌دست آمد؛ همان‌طور که حدس زدید، این یافته‌های تازه به دیرینه‌ماهی‌ها مربوط بودند. یکی از نخستین فسیل‌های آن‌ها در رسوبات ۳۸۰ میلیون‌ساله در سواحل شبه‌جزیره‌ی گاسپی در کِبک به‌دست آمد؛ این ماهی نامی با تلفظ دشوار به خود اختصاص داد: یوستنوپترون (Eusthenopteron).

این ماهی آمیزه‌ی شگفت‌آوری از ویژگی‌های ماهیان و دوزیستان را در خود داشت. مطابق الگوی اوئن، یوستنوپترون، بخش یک استخوان، دو استخوانی را داشت اما در بال‌هاش. به‌این‌ترتیب، می‌توان نتیجه گرفت که برخی از ماهی‌ها ساختاری مشابه الگوی اوئن در باله‌های‌شان دارند؛ در نتیجه، نه‌تنها الگوی اصلی اوئن جنبه‌ی ماورایی نداشت، بلکه برای خود تاریخچه‌ای دارد که در صخره‌های دوره‌ی دونین کشف شدند؛ درواقع، سنگ‌هایی با سنی در حدود ۳۹۰ تا ۳۶۰ میلیون سال پرده از این راز برداشتند. این بینش عمیق، منجر به برنامه‌ریزی یک پژوهش همه‌جانبه‌ی جدید همراه با دستور کاری کاملاً تازه شد. ما باید منشأ شکل‌گیری انگشتان دست‌وپا را جایی در سنگ‌های دوره‌ی دونین پیدا می‌کردیم!

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

حلقه‌ی مفقوده‌ی انتقال از ماهی‌ها به دوزیستان؛ توهم یا واقعیت!؟

در طول دهه‌ی ۱۹۲۰، سنگ‌ها باعث شگفتی بیش‌تری شدند. دیرینه‌شناس جوان سوئدی گونار سو سودربری (Gunnar Save derbergh) فرصت فوق‌العاده‌ای برای کاوش ساحل شرقی گرینلند برای کشف فسیل یافته بود. آن منطقه سرزمینی کشف‌نشده به‌شمار می‌آمد. سو سودربری دریافته بود آن‌چه که به‌دنبالش است، بی‌شک در سنگ‌های دوره‌ی دونین ذخیره شده است. او یکی از بهترین دیرینه‌شناسانان میدانی برای همه‌ی دوره‌ها به‌حساب می‌آمد؛ فردی که در طول دوران کوتاه حرف‌های خود با روح بلند کاوشگری و توجه دقیق به جزئیات، فسیل‌های قابل ملاحظه‌ی بسیاری کشف کرد (او پس از موفقیت‌های برجسته‌اش در سنین جوانی، متأسفانه به‌علت ابتلا به بیماری سل به‌طرز غم‌انگیزی درگذشت). در جریان سفرهای اکتشافی بین سال‌های ۱۹۲۹ و ۱۹۳۴، گروه سو سودربری آن‌چه را که در آن زمان حلقه‌ی مفقوده‌ی بزرگی به‌شمار می‌آمد کشف کردند. روزنامه‌های سراسر جهان کشف او را فریاد زدند، سرمقاله‌ها اهمیت آن را تحلیل کردند و در کاریکاتورها به‌نمایش درآوردند. این فسیل‌ها، در بررسی‌های انجام‌شده قطعات درستی از آب درآمدند: آن‌ها سر و دمی چون ماهی داشتند، درحالی‌که واجد ساختار کاملی از یک اندام حرکتی هم بودند و استخوان‌های مهره‌شان به‌طرز عجیبی مشابه دوزیستان بود.

پس از درگذشت سو سودربری، این فسیل‌ها را اریک یارویک (Erik Jarik)، همکار او، شرح داد. یارویک یکی از گونه‌های تازه را به احترام دوست و همکار خود ایکتیوستگا سودربری (Ichthyostega soderbergh) نامید.

اما در موضوع مورد مطالعه‌ی ما، ایکتیوستگا کمی ناامید‌کننده به‌نظر می‌آمد. با وجود این‌که این فسیل موجود حدواسط قابل‌توجهی به‌خصوص در قسمت سر و پشتش بود اما تقریباً هیچ‌چیز در مورد اندام‌هایی چون دست‌وپا برای گفتن نداشت؛ چراکه مشابه همه‌ی دوزیستان داری انگشتان تکامل یافته‌ی دست‌وپا بود.

جانور دیگری نیز وجود داشت که وقتی سو سودربری خبر کشف آن را اعلام کرد چندان مورد توجه قرار نگرفت اما چند دهه‌ی بعد دروازه‌ی دیدگاه‌های جدیدی را پیش روی پژوهشگران گشود. دومین جانور اندام‌دار تا سال ۱۹۸۸ معما باقی مانده بود تا زمانی‌که همکار دیرینه‌شناس من، جنی کلاک، به سایت فسیلی سو سودربری عزیمت کرد و در آن‌جا فسیل‌های بیش‌تری یافت؛ جانوری که تا پیش از دهه‌ی دوم قرن بیستم بر مبنای قطعات اندک یافت‌شده‌ی سو سودربری آکانتوستگا گوناری (Acanthostega gunnari) نام گرفته بود. حالا همه‌ی اندام‌هایش همراه با انگشتان دست‌وپا آشکار شده بودند اما این فسیل شگفتی بزرگی با خود داشت. جنی متوجه شد که شکل اندام حرکتی آن جانور، مثل باله‌ی شنا، تقریباً شبیه این اندام در فُک (سگ دریایی) است.

درواقع، این موضوع باعث شد جنی پیشنهاد کند که اندام‌های حرکتی اولیه برای کمک به این جانور در شناکردن بودند، نه برای راه‌رفتن در خشکی. این موضوع نکته‌ای مهم به‌شمار می‌آمد، اما یک مسئله باقی می‌ماند: آکانتوستگا دارای شکل کاملی از انگشتان به‌همراه مچ بود، نه بافت باله‌ای؛ یعنی دارای اندام حرکتی، اگرچه از نوع بسیار بدوی آن بود. جست‌وجو برای یافتن منشأ دست‌وپا، مچ و قوزک هنوز به زمان بیش‌تری احتیاج داشت. این موضوعات و پیشرفت‌ها تا ۱۹۹۵ در همین مقدار باقی ماندند.

باله‌ی بیش‌تر ماهی‌ها، مثل ماهی گورخری (اول)، از بافت باله‌ای و استخوان‌های بسیاری در پایه تشکیل شده است. ماهی شش‌دار (دوم) همه را مجذوب کرد، چراکه همانند ما یک استخوان منفرد در پایه‌ی باله‌ی خود دارد. یوستنوپترون (سوم) نشان می‌دهد که فسیل‌ها چگونه شکاف بین این دو را پر کردند: این ماهی استخوان‌هایی دارد که با استخوان‌های بالایی و پایینی بازوی ما قابل قیاس است. آکانتوستگا (چهارم) علاوه‌بر این‌که الگوی استخوان بازو یوستنوپترون را دارد، دارای انگشتان کاملاً شکل‌گرفته و تمایزیافته است.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

کشف انگشتان و مچ در ماهی‌ها
شانس؛ همراه همیشگی دانشمند مشتاق

در سال ۱۹۹۵، هنگامی‌که من و تو دشلر پس از رانندگی در سراسر پنسیلوانیای مرکزی به قصدِ یافتن محل‌های فسیلی جدید به‌سمت منزل تد در فیلادلفیا بازمی‌گشتیم، یک مسیر عبوری عالی در جاده‌ی ۱۵ شمالی ویلیام اسپرت پیدا کردیم؛ جایی‌که بخش حمل‌ونقل پنسیلوانیا صخره‌ی غول‌پیکری در ماسه‌سنگ‌های حدوداً ۳۶۵ میلیون‌ساله ساخته بود. آن‌ها دیوار را منفجر کرده و مقدار زیادی تخته‌سنگ در حاشیه‌ی بزرگراه باقی گذاشته بودند. این برای ما شکار فسیلی کامل و اساسی به‌شمار می‌آمد و باعث شد ما برای جست‌وجوهای‌مان مدتی آن‌جا توقف کنیم و روی تخته‌سنگ‌ها سینه‌خیز برویم. بسیاری از آن‌ها کوچک‌تر از یک اجاق میکروویو بودند. برخی از این سنگ‌ها حاوی مقداری فسیل ماهی بودند؛ تصمیم گرفتیم تعداد کمی از آن‌ها را به خانه در فیلادلفیا بیاوریم.

به‌محض رسیدن به خانه‌ی تد، دختر چهار‌ساله‌ی او، دیزی، با عجله برای دیدن پدرش بیرون آمد و از ما درباره‌ی این‌که چه چیزی کشف کرده‌ایم، سؤال کرد. هنگامی‌که یکی از تخته‌سنگ‌ها را به دیزی نشان می‌دادیم ناگهان متوجه شدیم آن برجستگی روی سنگ تکه‌ای از باله‌ی یک ماهی بزرگ است. ما در زمین محل اکتشاف‌مان اصلاً متوجه آن نشده بودیم. همان‌طور که می‌دانستیم، این باله‌ی یک ماهی معمولی نبود: این فسیل به‌طور واضحی تعداد بسیاری استخوان در خود داشت. متخصصین آزمایشگاه برای خارج‌کردن آن فسیل از درون سنگ، حدود یک ماه زمان صرف کردند و برای نخستین‌بار معلوم شد که آن ماهی مشابه الگوی اوئن بود. نزدیک‌ترین استخوان به بدن، یک استخوان منفرد بود؛ این استخوان خود به دو استخوان دیگر وصل می‌شد که کاملاً از باله متفاوت بود؛ زیرا این الگو به هشت زائده منتهی می‌شد. این برای هر بیننده‌ای مانند یک ماهی انگشت‌دار بود!

باله‌ی فسیل ما مجموعه‌ی کاملی از بافت باله، پولک و حتی یک شانه‌ی ماهی‌مانند داشت، اما در اعماق آن استخوان‌هایی وجود داشت که کاملاً با استاندارد اندام‌هایی چون دست‌وپا برابری می‌کرد. متأسفانه ما فقط یک باله‌ی منفرد را در اختیار داشتیم. در این مرحله تنها نیاز ما یافتن مکانی بود که بتوانیم کل بدن دست‌نخورده‌ی این جانور را در آن‌جا بیابیم؛ چراکه یک باله‌ی تنها هرگز نمی‌توانست مدرکی کافی برای پاسخگویی به سؤالات ما باشد؛ سؤالاتی از قبیل این‌که این جانور از باله‌هایش برای چه کاری استفاده می‌کرده؟ و آیا باله‌های این ماهی استخوان‌ها و مفصل‌هایی داشته که همانند مفصل‌های ما عمل کرده باشند؟ پاسخ این سؤالات تنها با یافتن اسکلت کامل به‌دست می‌آمد که برای چنین کشفی، شاید مجبور می‌شدیم ۱۰ سال جست‌وجو کنیم!

در مورد اطلاعات موجود در سنگ‌های یافته‌شده، اولین نفری که دریافت چه چیزی پیش روی ماست من نبودم، بلکه اولین نفرات دو جوینده‌ی حرفه‌ای فسیل به نام‌های فرد مالیسون (Fred Mullison) و باب میسک (Bob Masek) بودند. آن‌ها از ابزار دنداپزشکی برای تراش سنگ‌هایی استفاده می‌کردند که ما در محل جست‌وجو یافته بودیم. به‌این‌صورت، فسیل‌های درونی را آشکار کردیم. دانشمند جوینده‌ی فسیل برای تراشیدن تخته‌سنگی حاوی فسیل، مانند آن‌چه ما یافته بودیم و تبدیل آن به نمونه‌ی تحقیقاتی باکیفیت، اگر نگوییم به چندین سال، دست‌کم به چندین ماه زمان مفید نیاز دارد.

در جریان سفر اکتشافی سال ۲۰۰۴ به جزیره‌ی الزمیر، ما سه تکه‌سنگ حاوی فسیل، متعلق به دوره‌ی دونین که هریک به‌اندازه‌ی یک چمدان متوسط بود یافتیم. هر سنگ دارای فسیل یک جانور با سر صاف بود؛ فسیل اول همان چیزی بود که من در عمق یخی یک معدن سنگی روباز یافتم؛ دیگری، فسیل استیو و نمونه‌ی آخر که در هفته‌ی پایانی سفر اکتشافی‌مان کشفش کردیم.

باله‌ی بحث‌برانگیز ما؛ متأسفانه ما فقط این نمونه‌ی تک را کشف کردیم

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

سیر در دنیای فسیل‌ها به‌مثابه‌ی سفر به زمان گذشته

در اطرف محدوده‌ی زمینِ فسیلی که ما هریک از سرها را خارج کرده بودیم، به‌قدر کافی سنگ‌هایی وجود داشت که بتوان آن‌ها را برای یافتن بقیه‌ی فسیل در آزمایشگاه جست‌وجو کرد. ما سنگ‌ها را برای انتقال به کشور در محافظ مخصوص بسته‌بندی کردیم. شکافتن این نوع از محافظ‌های مخصوص در آزمایشگاه، درست مثل سفر به اعماق زمان در گذشته است. ما را به یاد خاطرات گذشته می‌اندازد. بخش کوچکی از زندگی ما که در دشت‌های بی‌درخت شمالگان سپری شد، درون آن‌ها بود؛ همان‌طور که گزارش‌های میدانی و نوشته‌های سریع و بدخط درباره‌ی آن فسیل ما را به گذشته می‌برد. حتی وقتی این بسته‌ها را باز می‌کردیم، می‌توانستیم بوی تندرا را در آن‌ها حس کنیم... .

فرد در فیلادلفیا و باب در شیکاگو، هم‌زمان مشغول تراشیدن تخته‌سنگ‌های مختلفی بودند. باب از یکی از این قطعه‌سنگ‌های قطبی، استخوان مخصوص کوچکی متعلق به باله‌ی بزرگ یک ماهی (که ما هنوز نام تیکتالیک را بر آن نگذاشته بودیم) خارج کرد. آن‌چه که این جسم مکعب‌شکل استخوانی را متمایز از هر استخوان باله‌ی دیگری می‌کرد، وجود یک مفصل در انتهای آن بود که فضایی برای چهار استخوان دیگر داشت. این برآمدگی به‌طور عجیبی شبیه استخوان مچ بود. اما آن باله در توده‌ی سنگی که باب برای اثبات این مدعا آماده می‌کرد بسیار به‌هم‌ریخته بود. قطعه‌ی بعدی از این شواهد، یک هفته بعد از فیلادلفیا آمد. فرد کار با ابزار دندان‌پزشکی را به نهایت رساند و همه‌ی باله‌ی توده‌ی سنگی خود را آشکار کرد. در مکان مناسب، درست در انتهای استخوان‌های بازو، باله آن استخوان خاص را داشت و آن استخوان به چهار استخوان دیگر متصل بود. ما روی منشأ تکه‌ای از بدن خودمان درون این ماهی ۳۷۵ میلیون‌ساله خیره شده بودیم. یک ماهی با مچ، پیش روی ما بود!

استخوان‌های باله‌ی جلویی تیکتالیک یک ماهی با مچ.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

الگوی اوئن؛ باله و دست دارای تشابه ساختاری بودند.

در طول ماه‌های آینده، ما توانستیم باقیمانده‌ی اجزای آن را نیز بیابیم. این اندام به‌نوعی باله و به‌نوعی دست به‌شمار می‌آمد. ماهی ما بافت باله‌ای داشت، اما دارای نسخه‌ای ابتدایی و اولیه از طرح اوئن نیز بود. یک استخوان، دو استخوان و توده‌های متعدد؛ درست همان‌طور که تئوری داروین پیش‌بینی کرده بود: ما توانستیم در دوره‌ی زمانی مناسب، در موقعیت مکانی مناسب، موجود حدواسط میان دو گونه‌ی ظاهراً متفاوت جانوری را کشف کنیم.

یافتن آن باله، تازه آغاز اکتشافات ما بود. جالب‌ترین قسمت موضوع برای من، تد و فاریش هنگامی بود که متوجه شدیم وظیفه‌ی باله چه بوده و یا اساساً چطور کار می‌کرده و حدس این‌که چرا یک مفصل مچ در ابتدای اندام به‌وجود آمده بود. راه‌حل این معما در استخوان‌ها و مفصل‌های فسیل قرار داشت.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

تیکتالیک؛ ماهی ورزشکار!

هنگامی‌که باله‌ی تیکتالیک را جدا کردیم، به موضوع بسیار جالب‌توجهی رسیدیم. تمام قسمت‌های مفصل کاملاً محافظت شده بودند. تیکتالیک دارای شانه، آرنج و مچ بود و دقیقاً همان‌گونه استخوان‌هایی را داشت که استخوان‌های بالایی و پایینی در بازو و مچ انسان را می‌سازد. زمانی‌که ما ساختار این مفصل‌ها را مطالعه می‌کردیم تا دریابیم که چطور یک استخوان در خلاف جهت دیگری حرکت می‌کند، متوجه شدیم تیکتالیک برای عملکردی خارق‌العاده تکامل یافته بود. این جانور قادر به انجام حرکت شنا [حرکت ورزشی که برای تقویت عضلات دست انجام می‌دهیم] بوده است!

هنگامی‌که ما حرکت شنا انجام می‌دهیم، دست‌های‌مان روی زمین به‌صورت تراز واقع می‌شود، آرنج‌ها خم هستند و ما از نیروی ماهیچه‌های قفسه‌ی سینه برای حرکت به بالا و پایین استفاده می‌کنیم. بدن تیکتالیک توانایی انجام همه‌ی این حرکات را داشته است. آرنج جانور درست مانند آرنج ما قادر به خم‌شدن بوده و مچ طوری خم می‌شد که بتواند «کف دست» را برای ماهی درست کند و صاف روی زمین قرار بگیرد. تیکتالیک احتمالاً پر از ماهیچه‌های قفسه‌ی سینه بوده. وقتی ما به شانه و سطح زیرین استخوان بازو، در نقطه‌ای که آن‌ها به‌هم متصل شده‌اند نگاه می‌کنیم، سرشانه‌های حجیم، عضلانی و علائمی را می‌بینیم که به ماهیچه‌های بزرگ سینه‌ای صدری متصل شده‌اند. تیکتالیک می‌توانست «روی زمین بخوابد و بیست تا شنا برود!».

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

علت سازگاری‌های تیکتالیک

اصلاً چرا یک ماهی باید این حرکت خاص شنا را انجام بدهد؟ پاسخ این معما می‌تواند ما را در شناخت هرچه بهتر بقیه‌ی بدن جانور رهنمون سازد. با سری صاف، چشمانی در بالا و استخوان‌های دنده. تیکتالیک احتمالاً برای این به‌وجود آمده بود که بتواند بستر رودخانه‌ها و تالاب‌های کم‌عمق را زیرورو کند و حتی از لجن‌های حاشیه‌ی ساحل بالا بپرد! باله‌هایی با توانایی حمل بدن احتمالاً برای ماهی‌ای که نیاز داشت در همه‌ی این مکان‌ها مانور بدهد، بسیار سودمند بوده‌اند.

نکته‌ی مهم این است که این تعبیر با اطلاعات زمین‌شناسی مکانی که فسیل تیکتالیک در آن یافت شد، مطابقت داشت. ساختار لایه‌های سنگی و الگوی ریزدانه‌ها در سنگ‌ها، حاوی نشانه‌های قابل ملاحظه‌ای از ساختارهایی بودند که به‌وسیله‌ی جریانات کم‌عمق محصور با مقدار زیادی رسوبات و طغیان‌های فصلی به‌وجود آمده بودند.

اما اصلاً به‌نظر شما، چرا و چگونه تیکتالیک باید در چنین محیط‌هایی زندگی کرده باشد؟ چه چیزی باعث خروج ماهی از آب یا سبب زندگی آن در کناره‌ی آب شد؟!

یک مدل با مقیاس کامل از بدن تیکتالیک (بالا) و ترسیمی از باله‌ی ماهی (پایین). این همان باله‌ای‌ست که در آن شانه، آرنج و مچ اولیه شکل گرفته و ماهی را قادر به جست‌وخیز در خشکی کرده بود.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

گریز از آب، راهکار انتخابی نیاکان ما!

درواقع، تمام ماهی‌های شناگر در این رودخانه‌های ۳۷۵ میلیون‌ساله گونه‌های شکارچی بوده‌اند. بعضی از آن‌ها درازای حدود ۴٫۵ متر داشتند، یعنی تقریباً دو برابر اندازه‌ی بزرگ‌ترین تیکتالیک. معمول‌ترین گونه‌های ماهی‌هایی که ما در کنار تیکتالیک پیدا کردیم، بیش از دو متر درازا داشتند و دارای سری به پهنای یک توپ بسکتبال با دندان‌های تیزی به بزرگی میخ‌های راه‌آهن بودند! حالا شما تمایل دارید در چنین رودخانه‌های باستانی جالبی شنا کنید؟! این اغراق نیست اگر بگوییم چنین رودخانه‌هایی دنیای ماهی‌های ماهی‌خوار است. راهبرد برای کامیابی در چنین محیطی کاملاً واضح بود: بزرگ شو، زره بپوش یا از آب دور شو! به‌نظر می‌رسد نیاکان ما راه سوم را انتخاب کرده و از نبرد و پیکار دوری جسته بودند!

اما این احتراز از کشاکش برای ما دستاوردهای بزرگی داشت. در حقیقت، ما می‌توانیم شکل ابتدایی‌تر بسیاری از ساختارهای اندام‌های حرکتی خود را در این‌گونه از ماهی‌ها ردیابی کنیم. مچ خود را به جلو و عقب خم کنید، دست خود را باز و بسته کنید. هنگامی‌که این کار را انجام می‌دهید شما از مفاصلی استفاده کرده‌اید که نخستین‌بار در ماهی‌هایی مانند تیکتالیک نمایان شده بودند. پیش از آن، این مفاصل وجود نداشتند. پس از آن هم، ما این مفاصل را در اندام‌هایی چون دست‌وپا یافتیم.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

تیکتالیک حلقه‌ی مفقوده‌ی اصلی گذر از آب به خشکی

در گذر جانوران از تیکتالیک به دوزیستان و در ادامه به گونه‌های پستاندار، یک موضوع کاملاً روشن است: این‌که تیکتالیک نخستین جانوری بود که دارای استخوان‌هایی مانند استخوان‌های بالا و پایین بازوی ما، حتی فراتر از آن استخوان‌هایی مثل مچ و کف دست ما بوده و علاوه‌بر این استخوان‌ها، دارای پولک و بافت باله‌ای هم بوده است.

چه چیزی باعث ساخته‌شدن ما بر اساس الگوی یک استخوان، دو استخوان، توده‌های استخوانی متعدد و الگوی انگشتان اوئن شد و اوئن را واداشت که این طرح را به خالق نسبت بدهد؟ بعضی از ماهی‌ها، برای مثال ماهی شش‌دار، دارای یک استخوان در پایه‌اند. بعضی دیگر از ماهی‌ها مانند یوستنوپترون، ترتیب یک استخوان، دو استخوانی دارند. پس از آن‌ها جانورانی مانند تیکتالیک قرار دارند، با یک استخوان، دو استخوان و توده‌های استخوانی متعدد. درون اندام‌های حرکتی ما تنها یک ماهی وجود ندارد، بلکه یک آکواریوم کامل در آن هست. به‌این‌ترتیب، طرح اوئن در ماهی‌ها هم پیدا شده بود.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

راه طولانی از تیکتالیک تا انسان!

شاید تیکتالیک قادر به انجام حرکت ویژه‌ی شنا بوده اما بی‌تردید توانایی پرتاب توپ بیسبال، نواختن پیانو یا راه‌رفتن روی دو پا را نداشته است. مسیری طولانی از تیکتالیک تا انسان طی شده است. نکته‌ی بسیار مهم و شگفت‌آوری که وجود دارد این است که بیش‌تر استخوان‌های اصلی ما انسان‌ها که برای انجام اعمالی نظیر راه‌رفتن، پرتاب‌کردن و قاپ‌زدن تعبیه شده‌اند، نخست در حیوانات ده‌ها تا صدها میلیون سال پیش پدیدار شده‌اند. نخستین تکه‌های استخوان بالای بازو یا پای ما در ماهی ۳۸۰ میلیون‌ساله‌ای مانند یوستنوپترون وجود داشته است. تیکتالیک به ما اولین مرحله‌ی تکامل مچ، کف دست و انگشتان‌مان را نشان داد. نخستین انگشتان دست‌وپای واقعی، در دوزیستان ۳۶۵ میلیون‌ساله‌ای مانند آکانتوستگا دیده شده است. هم‌چنین پا در خزندگانی که بیش از ۲۵۰ میلیون سال از عمر آن‌ها گذشته است دیده شد و تکامل یافت. سرانجام مچ و استخوان‌های قوزک در دست‌وپای انسان به تمام و کمال رسید. استخوان‌بندی پایه‌ی دست‌وپاهای ما، بیش از صدها میلیون سال پیش، ابتدا در ماهی‌ها و سپس دوزیستان و خزندگان پدیدار شده بودند.

اما تغییرات عمده‌ای که به ما توانایی استفاده از دست‌های‌مان و ایستادن روی پاهای‌مان را داده است چه چیزهایی بوده‌اند؟ اصلاً این ابتکار چطور به‌وقوع پیوست؟!

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

استفاده‌ی بهینه از دست با ایجاد شرایط لازم برای حرکت‌های جهت‌دار

ما انسان‌ها، همانند بسیاری دیگر از پستانداران می‌توانیم انگشت شست‌مان را نسبت به آرنج بچرخانیم. این عمل ساده، در کارکرد روزانه‌ی دست‌های‌مان بسیار مهم است. تصور کنید بدون این‌که قادر به چرخاندن دست خود نسبت به آرنج باشید، بخواهید غذا بخورید، بنویسید یا این‌که توپی را پرتاپ کنید! ما تنها به این علت قادر به انجام تمام این فعالیت‌ها هستیم که یک استخوان ساعدی، زندزبرین، در امتداد یک نقطه‌ی محوری در مفصل آرنج می‌چرخد. ساختار مفصل آرنج به‌طور حیرت‌آوری برای این نوع فعالیت‌ها طراحی شده است. در انتهای استخوان بالایی بازوی‌مان، استخوان بازو، به یک مفصل گوی‌مانند ختم می‌شود. نوک زندزبرین که به آن‌جا متصل است، تشکیل یک کاسه‌ی زیبا می‌دهد که کاملاً با گوی تطبیق پیدا می‌کند. این مفصل گوی-کاسه‌ای، باعث حرکت گردشی دست‌های‌مان می‌شود که به آن چرخش داخلی (Pronation) و چرخش خارجی (Supination) می‌گویند. در کجا ما شاهد آغاز این قابلیت بودیم؟ در جانوری همچون تیکتالیک. در این جانور، انتهای استخوان بازو، یک برآمدگی طویل‌شده تشکیل می‌دهد که با یک مفصل فنجانی‌شکل با زندزبرین جفت می‌شوند.

هنگامی‌که تیکتالیک آرنج خود را خم می‌کرد، انتهای زندزبرینش می‌چرخید یا به کمک آرنج خم می‌شد. حالت ارتقایافته‌ی این توانایی در دوزیستان و خزندگان قابل مشاهده است. جایی که انتهای استخوان بازو درست مشابه دست‌های ما به یک گوی واقعی تبدیل می‌شود.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

حرکت دست‌ها و پاها در خلاف جهت هم؛ زمینه‌سازی راه‌رفتن

با نگاهی به اندام‌های عقبی، یک ویژگی کلیدی می‌بینیم که به ما توانایی راه‌رفتن داده است؛ چیزی که ما در آن با بقیه‌ی پستانداران سهیم هستیم. برخلاف ماهی‌ها و دوزیستان، زانوها و آرنج‌های ما در دو جهت مخالف خم می‌شوند. این قابلیتی مهم است: فرض کنید می‌خواهید با کاسه‌ی زانوی‌تان که به پشت خم می‌شود راه بروید (یعنی برعکس حالت طبیعی زانو). موقعیت بسیار متفاوتی (از آن‌چه که ما امروز هستیم) در ماهی‌ای مانند یوستنوپترون وجود داشته؛ ناحیه‌ای معادل زانو و آرنج در آن‌ها در این جهت (در یک جهت و خلاف جهت زانوی ما) حرکت می‌کردند.

ما تکوین‌مان را با دست‌وپاهای کوچک جهت‌داری که بسیار شبیه اندام‌های یوستنوپترون بود، آغاز کردیم. با آرنج‌ها و زانوهایی که در یک جهت بودند! همان‌طور که در رحم رشد کردیم، زانوها و آرنج‌های‌مان چرخیدند تا حالتی که امروز می‌بینیم را به خود بگیرند.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

راه‌رفتن روی دو پا و نشانه‌ها در تیکتالیک

الگوی راه‌رفتن انسان روی دو پا، حرکت مفاصل ران، زانوها، قوزک‌ها و استخوان‌های پا برای به جلوراندن بدن، مشابه الگوی ایستادن عمودی و برخلاف حالت درازکشیده در تیکتالیک است! یک تفاوت بزرگ در موقعیت لگن وجود دارد. پاهای ما مثل آن‌چه در تمساح‌ها، دوزیستان یا ماهی‌ها دیده می‌شود، برای حرکت از پهلو طراحی نشده است، بلکه برای این‌که در پایین بدن‌مان باشند، طرح‌ریزی شده‌اند.

این دگرگونی در طرز ایستادن، به‌علت تغییرات مفصل ران، حفره‌ی لگن خاصره و قسمت‌های بالایی پا به‌وجود آمده است؛ لگن خاصره‌ی ما، همانند کاسه است؛ گودی کفل عمیق شده و استخوان ران به زانو رسیده، این ویژگی باعث شده که پاها در پایین بدن انسان واقع شوند، نه در کنار بدن.

آیا حقایق تاریخچه‌ی باستانی ما گویای این واقعیت است که انسان موجودی خاص و منحصربه‌فرد در میان سایر موجودات زنده به‌شمار می‌آید؟ البته که نه. درواقع، دانستن اطلاعاتی راجع‌به منشأ ژرف پیدایش بشریت به واقعیت قابل‌توجه موجودیت ما اضافه می‌کند: که تمام قابلیت‌های خارق‌العاده‌ی ما از اجزای پایه‌ای منشأ گرفته‌اند که در دیرینه‌ماهی و سایر جانوران تکامل یافته است. از بخش‌های مشترک، ساختمانی بی‌نظیر به‌وجود آمده است. نه‌تنها ما از بقیه‌ی جهان زنده جدا نیستیم، بلکه از استخوان‌های‌مان گرفته تا ژن‌های‌مان، بخشی از این کل هستیم.

حال با نگاهی به مطالب گذشته باید بگویم، لحظه‌ای که من اول‌بار مچ ماهی را مشاهده کردم به‌همان میزان سرشار از هیجان شدم که برای اولین‌بار شاهد انگشتان جسدی در آزمایشگاه آناتومی انسان بودم. در هر دو مورد، من رابطه‌ی عمیق میان انسان‌بودن خود و وجود سایر موجودات زنده را درک کردم.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

رندی دان؛ پیشرو در مطالعات ژنتیک تکاملی

در جولای ۲۰۰۴، هنگامی‌که من و همکارانم در شمالگان برای یافتن اولین تیکتالیک مشغول کاوش بودیم، رندی دان (Randi Dan)، یکی از پژوهشگران آزمایشگاه من، در بخش جنوبی شیکاگو سخت مشغول آزمایش‌های ژنتیکی روی جنین کوسه‌ها و سفره‌ماهی‌ها (Skates) -از عموزاده‌های ماهی‌های پهن برقی (Stingrays)- بود. شاید شما پوشش مشکی کوچک کیسه‌مانندی -موسوم به کیسه‌ی پری‌دریایی (Mermaid's purses)- را که محافظ تخم‌ها هستند در سواحل دیده باشید.

درون این کیسه‌ها زرده‌ای همراه با نطفه وجود دارد که به جنین سفره‌ماهی یا کوسه تبدیل می‌شود. در طول این سال‌ها، رندی صدها ساعت از وقت خود را برای آزمایش و پژوهش روی محتویات جنین درون این تخم‌ها صرف کرد؛ او اغلب تا نیمه‌های شب به مطالعه و آزمایش ادامه می‌داد. در طول تابستان مهم ۲۰۰۴، رندی طی یک آزمایش، مشتقی از ویتامین A را با ساختمان مولکولی ویژه، به تخم‌ها تزریق کرد. سپس اجازه داد آن‌ها به‌مدت چند ماه تکوین یابند و از تخم خارج شوند.

به‌نظر می‌آمد رندی شیوه‌ی عجیبی برای گذراندن بهترین قسمت سال انتخاب کرده بود: انجام آزمایش‌هایش! اجازه دهید این دانشمند جوان را با حرفه‌ی علمی امیدبخشش تنها بگذاریم. حالا سؤال این است که چرا کوسه‌ها؟ و چرا نوع خاصی از ویتامین A؟

کیسه‌ی پری‌دریایی (Mermaid's purses)

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

دست‌کاری جنین سفره‌ماهی برای درک تأثیر DNA

برای درک بهتر این آزمایش‌ها لازم است بازگردیم و ببینیم که قرار بود این آزمایش‌ها چه چیزی را برای ما روشن سازند. آن‌چه ما واقعاً به‌دست می‌آوریم، شناخت دستورالعمل مکتوب در DNA است که بدن ما را از یک تخم منفرد به‌وجود آورده. هنگامی‌که اسپرم درون تخمک تلقیح می‌یابد و تخم را می‌سازد، تخم لقاح‌یافته درون خود یک دست کوچک ندارد! بلکه، دست از اطلاعات درون همین سلول تک و تنها ساخته می‌شود.

این موضوع برای ما نکته‌ای بسیار ژرف در خود دارد: این آزمایش [دستکاری جنین سفره‌ماهی] روشی برای مقایسه‌ی استخوان‌های دست‌های ما با استخوان‌های باله‌ی ماهی است. اگر دستورالعمل ژنتیکی که دست‌های ما را می‌سازد را با دستورالعملی که باله‌های ماهی را می‌سازد مقایسه کنیم، به چه چیزی می‌رسیم؟ برای یافتن پاسخ این نوع سؤالات، درست مانند رندی، ما به تعقیب مجموعه‌ای از کشفیات خواهیم پرداخت که ما را از دست‌های‌مان به باله‌های کوسه‌ها و حتی به بال‌های پرندگان می‌رساند.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

محدودیت کار با فسیل‌ها؛ ضرورت مطالعه روی DNA

همان‌طور که ملاحظه کردید، وقتی جانورانی را کشف می‌کنیم که نسخه‌های متفاوت و اغلب ساده‌تری از بدن ما را در بدن خود دارند، دریچه‌ی شگفت‌انگیزی از گذشته‌های دور مقابل چشمان‌مان گشوده می‌شود.

بااین‌حال، محدودیت بزرگی در کار با فسیل وجود دارد. ما قادر به انجام آزمایش روی جانورانی که مدت زیادی از مرگ‌شان می‌گذرد نیستیم. این آزمایش‌ها برای ما اهمیت بسیاری دارند، زیرا برای به‌دست آوردن نتایج بهتر می‌توانیم برخی فاکتورها را دستکاری کنیم. به‌همین علت آزمایشگاه من مستقیماً به دو بخش تقسیم می‌شود یکی به پژوهش‌های فسیلی اختصاص یافته و دیگری پژوهشکده‌ای برای تحقیقات جنینی و DNA است. زندگی در آزمایشگاه من دیوانه‌کننده است: قفسه‌ی قفل‌شده‌ای که نمونه‌های تیکتالیک در آن هست، در کنار فریزری پر از نمونه‌های با ارزش DNA!

آزمایش روی DNA، پتانسیل بالایی برای آشکارسازی ماهی درونی دارد. اگر ما قادر به انجام آزمایشی بودیم که در آن می‌توانستیم جنین ماهی را در معرض مواد شیمیایی مختلفی قرار دهیم و باعث تغییر در بدن ماهی شویم، مثلاً باله‌هایش را به دست تبدیل می‌کردیم یا می‌توانستیم نشان دهیم که ژن‌های سازنده‌ی باله‌ی ماهی واقعاً همان‌هایی هستند که دست‌های ما را ساخته‌اند، چه روی می‌داد؟!

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha

معمای بزرگ: یک DNA و هزاران نوع سلول

با یک معمای بزرگ شروع می‌کنیم: بدن ما از صدها گونه سلول متفاوت ساخته شده است. این تنوع سلولی به بافت‌ها و اندام‌های ما شکل و عملکرد متفاوتی می‌دهد. سلول‌هایی که استخوان‌ها، اعصاب، روده‌ها و سایر اعضای ما را ساخته‌اند، در ظاهر و رفتار کاملاً متفاوت‌اند اما با وجود این همه تفاوت، شباهت جالبی بین تمام سلول‌های بدن ما وجود دارد: همه‌ی آن‌ها دقیقاً دارای یک نوع DNA مشابه‌اند. به‌نظر شما چطور ممکن است از یک نوع DNA که شامل اطلاعات یکسانی برای ساخت بدن، بافت‌ها و اندام‌های ماست سلول‌های بسیار متفاوتی چون ماهیچه، عصب و استخوان (با DNA مشابه هم) به‌وجود آیند؟

پاسخ این سؤالات در دانستن این نکته نهفته است که کدام قطعه از DNA (ژن)، چه زمانی در هر سلول روشن می‌شود. سلول پوست با سلول‌های عصبی تفاوت دارد، چراکه در این سلول‌ها ژن‌های متفاوتی فعالیت دارند. زمانی‌که یک ژن روشن می‌شود، پروتئینی ساخته می‌شود که می‌تواند بر رفتار و عملکرد سلول اثرگذار باشد، بنابراین برای درک این‌که چه چیزی سلول چشم را از سلول‌های استخوان دست متفاوت می‌کند لازم است در مورد روشن و خاموش‌کننده‌های (سوئیچ‌های) ژنتیکی که فعالیت ژن‌ها را در هر سلول و بافت کنترل می‌کنند اطلاعاتی به‌دست بیاوریم.

📓 ماهی درونی شما: سفری به تاریخ ۳/۵ میلیاردساله‌ی بدن انسان
✍🏿 نیل شوبین
🔛 نیلوفر فشنگ‌ساز

@Chekide_ha