سه هفته‌ی اول دوره‌ی جنینی انسان

پس از عمل لقاح، تغییر عمده‌ای درون تخمک اتفاق می‌افتد؛ مواد ژنتیکی اسپرم و تخمک با یکدیگر ادغام شده و تخم شروع به تقسیم‌شدن می‌کند. درنهایت، یک توده‌ی سلولی شکل می‌گیرد. در انسان‌ها، پس از حدوداً پنج روز، یک سلول منفرد، چهار مرتبه تقسیم می‌شود و یک توده‌ی شانزده‌سلولی را به‌وجود می‌آورد. این توده‌ی سلولی که به بلاستوسیست (Blastocyst) معروف است، به بالنی پر از مایع شباهت دارد.

یک دیواره‌ی کروی نازک از سلول‌ها، مقداری مایع را که در مرکز آن قرار دارد احاطه می‌کند. در این «مرحله‌ی بلاستوسیستی» هنوز طرحی از بدن دیده نمی‌شود؛ جلو و پشتی وجود ندارد و بدون شک هنوز اندام‌ها و بافت‌های گوناگون به‌وجود نیامده‌اند. در حدود ششمین روز پس از لقاح، توده‌ی سلولی به رحم مادر می‌چسبد و شروع به فرایند اتصال به آن می‌کند و به‌این‌ترتیب، جنین می‌تواند به جریان خون مادر بپیوندد. در این مرحله هم هنوز شواهدی از طرح بدن وجود ندارد. هنوز خیلی زود است که بتوانید این توده‌ی سلولی را به یک پستاندار، خزنده یا ماهی تشبیه کنید؛ چه برسد به انسان!

اگر خوش‌شانس باشیم، توده‌ی سلولی ما در رحم مادر لانه‌گزینی می‌کند. هنگامی‌که بلاستوسیست در جای اشتباهی لانه‌گزینی شود -لانه‌گزینی خارج رحمی- نتیجه چه‌بسا خطرناک باشد در حدود ۹۶ درصد از لانه‌گزینی‌های خارج رحمی در لوله‌ی فالوپ (شیپور رحمی)،نزدیک به جایی که عمل لقاح انجام می‌شود رخ می‌دهند. گاهی اوقات، موکوس (ماده‌ی لزج) مانع از عبور آسان بلاستوسیست به درون رحم می‌شود که سبب کاشته‌شدن نامناسب جنین درون لوله‌ی فالوپ می‌شود. حاملگی خارج رحمی اگر به‌موقع تشخیص داده و درمان نشود، ممکن است باعث پارگی بافت‌های مختلف شود.

در موارد بسیار نادری بلاستوسیست درون حفره‌ی شکمی بدن مادر قرار می‌گیرد؛ در فضایی بین روده‌ها و دیواره‌ی داخلی بدن. حتی در موارد نادرتر، بلاستوسیست در لایه‌ی خارجی مقعد یا رحم لانه‌گزینی می‌کند و جنین تا رشد کامل در آن‌جا می‌ماند. اگرچه این جنین‌ها را می‌توان گاهی اوقات با یک برش شکمی نجات داد اما چنین لانه‌گزینی‌هایی معمولاً بسیار خطرناک‌اند، چراکه در مقایسه با حالت قرارگیری طبیعی درون رحم، احتمال مرگ مادر در اثر خون‌ریزی تا ۹۰ درصد افزایش می‌یابد.

در هر صورت ما در این مرحله از تکوین، موجودی به‌شدت کوچک و خرد هستیم. نزدیک به دو هفته پس از لقاح، بلاستوسیست درون رحم کاشته می‌شود؛ به‌این‌صورت که یک بخش از سلول‌ها درون دیواره‌ی رحم جاسازی می‌شود و مابقی سلول‌ها آزادند. بالونی را تصور کنید که به دیواره‌ای متصل شده و به آن فشار می‌آورد: این دیسک مسطح‌شده به جنین انسان تبدیل می‌شود. همه‌ی بدن ما تنها از قسمت بالایی این توده‌ی سلولی شکل می‌گیرد؛ قسمتی که به درون دیواره‌ی رحمی فشرده شده است، قسمتی از بلاستوسیست که زیر دیسک واقع است، محتویات نطفه را پوشش می‌دهد. در این مرحله از تکوین، ما شبیه به یک فریزبی (Frisbee)، هم‌چون صفحه‌ای ساده و دولایه هستیم.

چگونه این فریزبی بیضی‌شکل به مدل سه‌لایه‌ی بنیادی فن‌بائر منتهی می‌شود و در ادامه به چیزی شبیه انسان مبدل می‌شود؟ ابتدا تقسیم و حرکت سلول‌ها، سبب پیچیدن بافت‌ها در هم‌دیگر می‌شود. سرانجام، همان‌گونه که بافت حرکت می‌کند و تاخوردگی می‌یابد، جنین تبدیل به یک لوله با دو برجستگی چین‌خورده، یکی در سر و دیگری در ته، می‌شود. اگر ما همین حالا خودمان را به دو قسمت مساوی برش بزنیم، با لوله‌ای درون لوله‌ی دیگر مواجه می‌شویم: لوله‌ی بیرونی، دیواره‌ی بدن و لوله‌ی درونی مجرای گوارشی. یک فضای خالی، حفره‌ی شکمی آینده، دو لوله را از یکدیگر جدا می‌کند. این ساختار لوله‌ای درون لوله‌ی دیگر در همه‌ی دوران زندگی با ماست. لوله‌ی گوارشی بسیار پیچیده‌تر می‌شود و به کیسه‌ای بزرگ برای معده و روده‌ای دراز و پیچ‌وتاب‌خورده تمایز می‌یابد. لوله‌ی بیرونی با تشکیل مو، پوست، دنده‌ها و اندام‌های حرکتی که به‌سمت بیرون جوانه می‌زنند، پیچیده‌تر می‌شود. اما الگوی اولیه هنوز وجود دارد و نمایان است. ممکن است که ما خیلی پیچیده‌تر و تمایزیافته‌تر از چیزی باشیم که در بیست‌ویکمین روز پس از لقاح بودیم اما هنوز لوله‌ای درون لوله‌ی دیگر هستیم و همه‌ی اندام‌های‌مان از یکی از آن سه لایه‌ی بافتی که در هفته‌ی دوم پس از لقاح آشکار شدند مشتق می‌شوند.

روزهای آغازین حیات، سه هفته پس از لقاح، ما از یک سلول منفرد، ابتدا به یک توده‌ی سلولی و سپس به یک لوله ختم می‌شویم.

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

@Chekide_ha

نام و عملکرد سه لایه‌ی جنینی

نام این سه لایه‌ی مهم، از جایگاهی که در آن قرار گرفته‌اند مشتق می‌شود: لایه‌ی بیرونی اکتودرم، لایه‌ی درونی اندودرم و لایه میانی مزودرم. اکتودرم، بیش‌تر قسمت‌های خارجی بدن، مانند پوست و سیستم عصبی را ایجاد می‌کند.

اندودرم، لایه‌ی داخلی بسیاری از ساختارهای درونی بدن، شامل مجرای گوارشی و غدد مربوط به آن را تشکیل می‌دهد. لایه‌ی میانی مزودرم، بافت بین مجرای گوارشی و پوست را شکل می‌دهد که شامل بیش‌تر قسمت‌های اسکلت و ماهیچه‌های ما می‌شود. خواه این بدن متعلق به ماهی قزل‌آلا، پرنده، قورباغه یا موش باشد، همه‌ی اندام‌ها را‌ اندودرم، اکتودرم و مزودرم شکل می‌دهند.

فن‌بائر متوجه شد که چطور جنین‌ها الگوی بنیادین حیات را آشکار می‌سازند. او به مقایسه‌ی دو مشخصه در تکوین موجودات پرداخت: خصوصیاتی که در همه‌ی گونه‌ها مشترک‌اند و خصوصیاتی که از گونه‌ای به گونه‌ی دیگر تغییر می‌کنند. ویژگی‌هایی چون «طرح لوله‌ای درون لوله‌ی دیگر» در همه‌ی جانوران دارای ستون فقرات مشترک است: ماهی‌ها، دوزیستان، خزندگان، پرندگان و پستانداران. این ویژگی‌های مشترک، تقریباً در اوایل تکوین ظاهر می‌شوند. ویژگی‌هایی که ما را متمایز می‌کنند -مغز بزرگ‌تر در انسان، کاسه‌ی محافظ در لاک‌پشت و خصوصیات منحصربه‌فرد در پرندگان- نسبتاً دیرتر ظاهر می‌شوند.

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

@Chekide_ha

پارادایم تکرار ویژگی‌های نژادی ضمن رشد

رویکرد فن‌بائر بسیار متفاوت از طرز فکر «تکرار ویژگی‌های نژادی ضمن رشد» (Ontogeny Recapitulates Phylogeny) است که شما ممکن است در مدرسه آموخته باشید. او در مقایسه‌ی ساده‌ای بین جنین‌ها متوجه شد که شباهت گونه‌های مختلف در دوران جنینی بسیار بیش‌تر از زمان بلوغ‌شان است. دهه‌ها بعد توسط ارنست هکل (Ernst Hackel) از رویکرد «تکرار ویژگی‌های نژادی طی رشد» دفاع کرد؛ وی ادعا می‌کرد که هر گونه‌ای همچنان که نمو و تکوین می‌یابد، تاریخچه‌ی تکاملی خود را دنبال می‌کند. از این‌رو، جنین انسان از مراحل یک ماهی، یک خزنده و یک پستاندار عبور کرده است. هکل جنین انسان را با ماهی یا خزنده‌ای بالغ مقایسه کرد. تفاوت‌های میان تفکرات فن‌بائر و هکل ممکن است زیرکانه به‌نظر برسد اما این‌گونه نیست.

در صد سال گذشته، زمان و شواهد تازه، با فن‌بائر مهربانانه رفتار کرده‌اند. در مقایسه‌ی جنین‌های یک گونه با نوع بالغ گونه‌های دیگر، هکل سیب را با پرتغال مقایسه کرده بود! مقایسه‌ی منطقی‌تر و عقلانی‌تر این است که بتوانیم درنهایت، سازوکاری را که تکامل از آن ناشی شده است را آشکار کنیم. بدین منظور، ما جنین‌های یک گونه را با جنین‌های گونه‌ی دیگر مقایسه می‌کنیم.

جنین‌های گونه‌های متفاوت با یکدیگر کاملاً هم‌سان نیستند، اما شباهت‌های عمیقی میان آن‌ها وجود دارد. همه‌ی آن‌ها در برخی از مراحل تکوین‌شان جنین‌های آبششی و نوتوکورد دارند و دارای الگوی «لوله‌ای درون لوله‌ی دیگر» هستند. مهم‌تر این‌که جنین‌هایی کاملاً متمایز مانند جنین ماهی و جنین انسان از دیدگاه پاندر و فن‌بائر دارای الگوی «سه‌لایه‌ی بنیادین» هستند. همه‌ی این مقایسه‌ها ما را به پرسشی بنیادین و مهم هدایت کرد: جنین چگونه می‌داند که سرش را در جلو و مقعدش را در عقب بدن به‌وجود آورد؟ چه سازوکاری تمایز و تکوین جنین را پیش می‌برد و سلول‌ها و بافت‌ها را قادر به تشکیل بدن می‌سازد؟

برای پاسخ به این سؤالات، نیاز به رویکردی کاملاً جدید است. به جای مقایسه‌ی ساده‌ی جنین‌ها مانند دوران فن‌بائر، مجبور به یافتن مسیری تازه برای تجزیه‌وتحلیل آن‌ها بودیم. آخرین سال‌های قرن نوزدهم ما را به این هدف سوق داد، چیزی که ابتدا در فصل سوم درباره‌ی آن صحبت کردیم؛ زمانی‌که جنین‌ها بریده، پیوند زده و دونیم شدند و با هر ماده‌ی شیمیایی قابل تصوری تیمار گشتند همه‌ی این اعمال به نام علم انجام شدند.

در هفته‌ی چهارم پس از لقاح، ما لوله‌ای درون لوله‌ی دیگر هستیم و سه لایه‌ی اصلی داریم که رشد می‌کنند و همه‌ی اندام‌های ما را می‌سازند.

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

@Chekide_ha

سؤال مهم اشپمان: اطلاعات مربوط به تمایز جنین کجای سلول واقع است؟!

زیست‌شناسان در آغاز قرن بیستم با پرسش‌های بنیادی راجع‌به بدن دست‌به‌گریبان بودند. اطلاعات مربوط به شکل‌گیری جنین‌ها در کجای آن‌ها قرار دارد؟ آیا همه‌ی سلول‌ها واجد این اطلاعات‌اند یا این اطلاعات تنها در گروه خاصی از سلول‌ها وجود دارند؟ و این اطلاعات چه شکلی را به خود گرفته‌اند، آیا نوع خاصی از ماده‌ی شیمیایی‌اند؟!

در آغاز سال ۱۹۰۳، جنین‌شناس آلمانی، هانس اشپمان (Hans Spemann)، شروع به بررسی این موضوع کرد که چطور سلول‌ها می‌آموزند در طول دوره‌ی تکوین، بدن و کالبد را به‌وجود بیاورند. هدف او کشف این نکته بود که اطلاعات مربوط به ساخت بدن در کجا قرار گرفته است. سؤال اصلی پیش روی اشپمان این بود که آیا همه‌ی سلول‌ها در جنین اطلاعات کافی برای ساخت همه‌ی بدن را دارند یا این اطلاعات محدود به قسمت‌های معینی از جنین در حال تکوین می‌شود؟

اشپمان روی تخم‌های سمندرآبی که هم راحت به‌دست می‌آمدند و هم دسترسی آن‌ها در آزمایشگاه نسبتاً آسان بود، کار می‌کرد. او آزمایش هوشمندانه‌ای طراحی کرد. برای این منظور، یک رشته از موهای دختر کوچک خود را برید، آن‌ها را به‌هم بافت و یک کمند مینیاتوری ساخت. موی کودک، جنس خاص و جالب‌توجهی دارد، نرم، نازک و حالت‌پذیر که آن را برای بستن به دور کره‌ای کوچک، درست مانند تخم سمندرآبی، کاملاً ایده‌آل می‌کند. اشپمان دقیقاً این کار را برای تخم سمندرآبی در حال تکوین انجام داد و به‌این‌ترتیب، قسمتی از یک تخم را از آن جدا کرد، کمی هسته‌ی آن را دستکاری کرد، سپس اجازه داد نتیجه‌ی ابتکارش تکوین یابد و به مشاهده‌ی آن‌چه که اتفاق می‌افتاد پرداخت. جنین به‌صورت دوقلو تشکیل شد: دو سمندر کامل پدیدار شدند، هریک دارای بدن طبیعی و کاملاً رشد‌پذیر و ماندنی بودند. نتیجه روشن بود: از یک تخم می‌توان بیش از یک موجود به عمل آورد.

این همان چیزی است که آن را دوقلوهای هم‌سان می‌شناسیم. به زبان زیست‌شناسی، اشپمان ثابت کرد که در یک جنین تازه شکل‌گرفته، بعضی سلول‌ها این ظرفیت را دارند که درون خودشان یک هم‌نوع دیگر را به‌وجود بیاوردند. این آزمایش تازه، آغازی برای مرحله‌ی جدیدی از اکتشافات بود.

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

@Chekide_ha

کشف قطعه‌ی سحرآمیز که می‌توانست یک بدن کامل را سازمان‌دهی کند!

در دهه‌ی دوم قرن بیستم، هیلده مانگولت (Hilde Mangold)، دانشجوی لیسانس در آزمایشگاه اشپمان، شروع به‌کار روی جنین‌های کوچکی کرد. کنترل عالی که مانگولت روی انگشتانش داشت او را قادر به انجام‌دادن یک سری آزمایش‌های سخت و باورنکردنی کرد. آن‌چه که مانگولت روی آن کار می‌کرد، جنین سمندر در حال تکوین به‌صورت کره‌ای با قطر حدود ۱٫۶ میلی‌متر بود. او تکه‌ای کوچک‌تر از یک سر سوزن از بافت را از قسمتی از جنین برید و به جنینی از گونه‌ی دیگر پیوند زد. آن‌چه که مانگولت پیوند زد قسمتی معمولی نبود، بلکه قسمتی از جنین بود که بیش‌تر سلول‌های «سه‌لایه‌ی بنیادی» را شکل می‌دادند، متحرک بودند و چین‌خوردگی می‌یافتند. مانگولت بسیار ماهر بود، چراکه جنین پیوندی واقعاً به تکوین خود ادامه داد و این یک شگفتی خوش‌آیندی برای او بود. تکوین قطعه‌ی پیوندی، منجر به ساخت کل یک بدن جدید شامل نخاع، پشت، شکم و حتی یک سر شد!

چرا این نتایج مهم‌اند؟ مانگولت قطعه‌ای کوچک از بافتی را کشف کرده بود که می‌توانست سلول‌های دیگر را به تشکیل طرح کاملی از بدن سوق بدهد. این قطعه‌ی مهم، شگفت‌انگیز و کوچک از بافت که همه‌ی این اطلاعات را در خود جای داده بود به سازمان‌دهنده معروف شد.

یافته‌ی مانگولت درنهایت، برنده‌ی جایزه‌ی نوبل شد اما نه برای خود او. هیلده مانگولت به‌طرز غم‌انگیزی درگذشت (اجاق گازوئیلی آشپزخانه، او را طعمه حریق کرد) پیش از آن‌که حتی بتواند رساله‌ی خود را منتشر کند. اشپمان برنده‌ی جایزه‌ی نوبل پزشکی در سال ۱۹۳۵ شد و جایزه به «کشف سازمان‌دهنده و تأثیر آن در تکوین جنینی» تعلق گرفت.

امروزه دانشمندان بسیاری به ارزشمند‌بودن خدمات مانگولت که مهم‌ترین آزمایش مستقل در زمینه‌ی جنین‌شناسی است، اذعان می‌کنند. تقریباً هم‌زمان با وقتی‌که مانگولت در آزمایشگاه اشپمان مشغول تحقیق بود. دبلیو فوکت (W. Vogt) نیز در آلمان مشغول طراحی تکنیک‌های هوشمندانه‌ای برای نشانه‌گذاری سلول‌ها یا قطعاتی از آن‌ها بود. این عمل، به آزمایشگر امکان می‌داد که آن‌چه را که در حین تکوین تخم روی می‌دهد مشاهده کند. فوکت قادر به ساختن نقشه‌ای از جنین شده بود که نشان می‌داد هر اندامی در آغاز در کجای تخم قرار داشته است. بدین‌ترتیب، ما الگوی بنیادی و اولیه‌ی طرح بدن را در سلول‌های نخستین جنین نورسته مشاهده کردیم.

به کمک نخستین جنین‌شناسان، افرادی مثل فن‌بائر، پاندر، مانگولت و اشپمان آموختیم که همه‌ی بخش‌های بدن یک انسان بالغ، می‌تواند با نقشه‌های دسته‌های منحصربه‌فرد سلولی در فریزبی ساده‌ی سه‌لایه‌ای شکل بگیرد و ناحیه‌ی سازمان‌دهنده -که مانگولت و اشپمان آن را کشف کردند- ساختار عمومی بدن را بنیان‌گذاری می‌کند.

بِبُر، تکه‌تکه کن، خُرد کن؛ آن‌گاه شما درخواهید یافت که همه‌ی پستانداران، پرندگان، دوزیستان و ماهی‌ها دارای مناطق سازمان‌دهنده‌اند. حتی می‌توانید گاهی سازمان‌دهنده‌ی یک گونه را با گونه‌ی دیگری عوض کنید. ناحیه‌ی سازمان‌دهنده در پرنده را بردارید و به جنین سمندر پیوند بزنید: یک سمندر دوقلو به‌دست می‌آورید!

اما سازمان‌دهنده واقعاً چیست؟ چه چیزی درون آن به سلول‌ها می‌گوید بدن خود را چطور بسازند؟ پاسخ مولکول DNA است. این قابلیت DNA است که باعث می‌شود ما دستورالعملی درونی داشته و در آن با سایر جانوران مشترک باشیم.

فقط با جابه‌جایی قطعه‌ای کوچک از بافتی در جنین مانگولت یک دوقلو به‌وجود آورد.

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

@Chekide_ha

جهش در مگس؛ ابزاری برای کشف ژن‌های سازنده‌ی طرح بدن انسان

فن‌بائر رشد و تکوین جنین‌ها را مشاهده و جنین‌های یک گونه را با گونه‌های دیگر مقایسه کرد. او متوجه طرح بنیادینی در بدن‌های به‌وجودآمده از آن‌ها شد. مانگولت و اشپمان به‌صورت فیزیکی جنین‌ها را از شکل طبیعی خارج کردند تا یاد بگیرند چطور جنین‌ها، بافت‌های بدن‌شان را می‌سازند.

در عصر DNA، ما می‌توانیم سؤالاتی درباره‌ی آرایش ژنتیکی خودمان بپرسیم. چطور ژن‌های ما رشد و تکوین بافت‌ها و بدن را کنترل می‌کنند؟ اگر شما تابه‌حال تصور می‌کردید که مگس‌ها اهمیت چندانی ندارند، به این موضوع توجه کنید: جهش‌هایی که در مگس‌ها اتفاق می‌افتند، سرنخ‌های مهمی درباره‌ی ژن‌های اصلی سازنده‌ی طرح بدن که در جنین انسان فعال‌اند، به‌دست می‌دهند. ما از این تفکر در اکتشاف ژن‌هایی که سازنده‌ی انگشتان دست‌وپا هستند استفاده می‌کنیم. حالا خواهیم دید که این طرز تفکر چطور درباره‌ی روش‌های ساخت کل بدن با ما سخن می‌گوید.

مگس‌ها یک طرح بدنی دارند. آن‌ها جلو و پشت، بالا و پایین و بقیه‌ی موارد را دارند. شاخک‌ها و بال‌ها و سایر ضمائم آن‌ها در محل مناسبشان روی بدن قرار گرفته‌اند؛ به‌جز مواقع نادری که ممکن است اندام‌ها در جای مناسب‌شان نباشند، مثلاً در برخی از مگس‌های جهش‌یافته، اندام‌های حرکتی از سر مگس به خارج رشد می‌کنند. تعدادی دیگر دارای بال‌های مضاعف و در بدن‌شان دارای قطعات اضافه‌اند. وجود این موارد در مگس‌های جهش‌یافته است که به ما می‌گوید چرا ستون فقرات ما تغییر شکل داده و در یک انتها سر و در انتهای دیگر مقعد را تشکیل می‌دهد.

پژوهشگران، مگس‌های غیرمعمول را بیش از صدها سال بررسی کردند. انواع جهش‌یافته با نوع به‌خصوصی از نابه‌هنجاری توجه ویژه‌ای را می‌طلبند. این مگس‌ها واجد اندام‌هایی در محل‌های اشتباهی -قرارگرفتن پا در محل شاخک یا یک مجموعه‌ی اضافه از بال‌ها- یا فقدان برخی قسمت‌های بدن‌اند. در رابطه با طرح بنیادین بدن این مگس‌ها یک آشفتگی به‌وجود آمده بود. درنهایت، مشخص شد این جهش‌ها ناشی از بروز برخی خطاها در DNA است.

به‌خاطر داشته باشید که ژن‌ها قطعاتی از DNA هستند که روی کروموزوم‌ها قرار دارند. با استفاده از تکنیک‌های متنوع که ما را قادر به دیدن کروموزوم‌ها می‌کند، می‌توانیم قطعه‌ای از کروموزوم را که در آن جهش رخ داده را شناسایی کنیم. در اصل، ما جمعیتی از جهش‌یافته‌ها را به‌وجود آوردیم که در آن تک‌تک افراد، دارای خطاهای ژنتیکی را هستند؛ سپس با استفاده از مولکول‌های علامت‌دار گوناگون، ژن جهش‌یافته را با ژن انواع وحشی (فاقد جهش و طبیعی) مقایسه کردیم. این امر به ما اجازه می‌دهد که محل دقیق قطعه‌ی کروموزومی مسئول اثر جهش را پیدا کنیم. حاصل این پژوهش‌ها این بود که مشخص شد مگس هشت ژن دارد که مسبب ایجاد چنین جهش یافته‌هایی هستند. این ژن‌ها هر یک کنار دیگری و روی یک رشته‌ی بلند DNA مگس قرار گرفته‌اند. ژن‌هایی که روی قسمت‌های سر اثر می‌گذارند در کنار ژن‌هایی قرار دارند که روی قسمت‌های میانی بدن مگس اثر می‌گذارند، یعنی بخشی از بدن که بال‌ها را در برمی‌گیرد. این قطعات DNA به نوبه‌ی خود در مجاورت ژن‌هایی قرار دارند که تکوین قسمت پشت مگس را کنترل می‌کنند. دستورالعمل خارق‌العاده‌ای برای روشی که ژن‌ها سازمان یافته‌اند وجود دارد: جایگاه ژن‌ها در امتداد رشته‌ی DNA موازی با ساختار بدن، از جلو به پشت است.

اکنون، چالش جدید شناسایی ساختار DNA عملاً عهده‌دار جهش بود. مایک لوین (Mike Levine) و بیل مک‌گینز (Bill McGinnis) از آزمایشگاه والتر گرینگ در سوئیس و مت اسکات (Matt Scott) از آزمایشگاه تام کافمن در ایندیانا متوجه شدند وسط هر ژن، توالی کوتاهی از DNA وجود دارد که عملاً در هر گونه‌ای که آن‌ها بررسی کردند یکسان بود. به این توالی کوچک، هومئوباکس (Homeobox) گفته شده و به هشت ژنی که هومئوباکس را در برمی‌گیرند ژن‌های هاکس اطلاق می‌شود.

هنگامی‌که دانشمندان به جست‌وجوی این توالی ژنی در گونه‌های دیگر پرداختند، ژنی بسیار شبیه کشف کردند که شگفتی واقعی به‌شمار می‌آمد: نسخه‌هایی از ژن هاکس در هر جانوری که دارای بدن بود، وجود داشت!

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

@Chekide_ha

نقش ژن‌های هاکس در جانوران دارای بدن

نسخه‌هایی از ژن‌های یکسان، سازمان‌دهی بدن جانوران متفاوت، از مگس گرفته تا موش را انجام می‌دهند. اگر نظم و توالی ژن‌های هاکس به‌هم بخورد، الگوی بدنی جانور نیز به‌صورت کاملاً پیش‌بینی‌پذیر آشفته خواهد شد. اگر شما مگسی به‌وجود بیاورید که یک ژن فعال در قسمت میانی بدنش خاموش شده باشد، نتیجه این خواهد بود که قسمت میانی بدن مگس از دست می‌رود یا دگرگون خواهد شد. موشی درست کنید که فاقد یکی از ژن‌های مشخص‌کننده‌ی قسمت‌های قفسه‌ی سینه باشد؛ به‌این‌ترتیب، قسمت‌هایی از پشت جانور را تغییر می‌دهید.

هم‌چنین، ژن‌های هاکس، قرینگی و تناسب بدن ما -اندازه‌های مناطق مختلف سر، قفسه‌ی سینه و نیم‌تنه‌ی پایینی- را موجب می‌شوند. آن‌ها در تکوین اندام‌ها، دست‌ها و پاها، اندام‌های تناسلی، دل و روده و شکمی دخالت دارند. تغییر در آن‌ها سبب وقوع تغییر در شکل‌گیری تناسب و ترتیب قرارگیری اندام‌های بدن ما می‌شود.

انواع مختلف جانوران، تعداد متفاوتی از ژن‌های هاکس دارند. مگس و سایر حشرات هشت ژن هاکس دارند. موش و سایر پستانداران، دارای ۳۹ نسخه از این ژن هستند. همه‌ی ۳۹ ژن هاکس در موش، نسخه‌هایی از همان ژنی‌اند که در مگس یافت می‌شود. وجود این شباهت به این تفکر منتهی شده که شمار زیاد ژن‌های هاکس پستانداران از مضاعف‌شدن ژن‌های کوچک‌تر در مگس به‌وجود آمده است. علی‌رغم این تفاوت‌ها در تعداد ژن‌ها، ژن‌های موش درست همانند ژن‌های مگس از جلو به عقب، با ترتیب و نظم بسیار دقیق، فعال‌اند.

آیا این امکان وجود دارد که ما در درخت خویشاوندی (تبارنامه) خود حتی عمیق‌تر برویم و قطعات مشابهی از DNA را بیابیم که در ساخت قسمت‌های بنیادی‌تری از بدن ما دخیل‌اند؟ با کمال تعجب جواب این سؤال مثبت است و همین امر ما را به جانورانی حتی ساده‌تر از مگس‌ها پیوند می‌زند!

ژن هاکس در مگس و انسان. سازمان‌دهی از سر به ته در بدن، تحت کنترل ژن‌های مختلف هاکس است. مگس‌ها مجموعه‌ای از هشت ژن هاکس دارند که هر یک مانند جعبه‌ای کوچک، در شکل، به‌نمایش درآمده است. انسان‌ها چهار مجموعه از این ژن دارند. در مگس‌ها و آدم‌ها، فعالیت ژن‌ها با جایگاه آن‌ها در DNA مطابقت دارد: ژن‌های فعال در سر در یک انتها قرار دارند و ژن‌های قسمت عقبی در انتهای دیگرند؛ ژن‌های تأثیرگذار بر میانه‌ی بدن بین این دو ناحیه قرار دارند.

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

@Chekide_ha

کشف ژن کنترل‌کننده‌ی سازمان‌دهنده

زمانی‌که اشپمان جایزه‌ی نوبل را از آن خود کرد، بحث بر سر سازمان‌دهنده‌ها بسیار داغ بود. پژوهشگران در جست‌وجوی ماده‌ی شیمیایی مرموزی بودند که می‌توانست همه‌ی طرح بدن را در خود داشته باشد. اما درست همان‌طور که زمانی در فرهنگ عامه مثلاً یویوها و عروسک‌های خاصی مد روز می‌شوند و به‌سرعت نیز از مد می‌افتند، به‌همین شکل دنیای علم نیز دارای موضوعاتی است که به‌سرعت باب می‌شوند و سریعاً نیز از مرکز توجه جامعه‌ی علمی خارج می‌شوند. طی دهه‌ی ۷۰، سازمان‌دهنده، تنها کمی بیش‌تر از حس کنجکاوی یا حکایتی هوشمندانه در تاریخ جنین‌شناسی مورد توجه قرار گرفت؛ علت از چشم افتادنش هم این بود که در آن زمان، هیچ‌کس نتوانست از مکانیسم عملکرد آن پرده بردارد.

اکتشاف ژن‌های هاکس طی دهه‌ی ۸۰، باعث دگرگونی در همه‌چیز شد. در اوایل دهه‌ی ۹۰، وقتی مفهوم سازمان‌دهنده هنوز به‌طور قطع نقل مجلس دانشمندان نشده بود، آزمایشگاه ادی د رابرتیس (Eddie De Robertis) در دانشگاه UCLA در جست‌وجوی ژن‌های هاکس در قورباغه‌ها، از تکنیک‌هایی مشابه لوین و مک‌گینز استفاده کرد. این تحقیقات بسیار گسترده بود و بسیاری از انواع ژن‌های متفاوت را نیز به دام انداخت. یکی از آن ژن‌ها، الگوی فعالیتی بسیار ویژه‌ای داشت؛ ژن مذکور درست در جایی از جنین فعال بود که سازمان‌دهنده را در بر می‌گرفت و دقیقاً در زمان به‌خصوصی از تکوین فعال می‌شد.

دقیقاً می‌توانم تصور کنم که هنگام کشف این ژن چه احساسی به رابرتیس دست داد. او در جست‌وجوی سازمان‌دهنده بود و درون سازمان‌دهنده، ژنی حضور داشت که به‌نظر می‌آمد به‌طور خاص سازمان‌دهنده را کنترل می‌کند یا با فعالیت‌های آن درون جنین ارتباط دارد! سازمان‌دهنده دوباره نقل محافل گردید.

حالا دیگر ژن‌های سازمان‌دهنده در همه‌جا در آزمایشگاه‌ها شروع به خودنمایی کردند. درحالی‌که انواع مختلفی از آزمایش‌ها انجام می‌شد، ریچارد هارلند (Richard Harland) از دانشگاه برکلی ژن دیگری کشف کرد که آن را نوژین (Noggin) نامید. نوژین دقیقاً همان چیزی بود که یک ژن سازمان‌دهنده باید می‌بود. هنگامی‌که هارلند مقداری نوژین برداشت و آن را به محل مناسبش در جنین تزریق کرد، درست عملکردی مانند سازمان‌دهنده داشت. جنین با محورهای دو، بدن با دو سر رشد کرد.

آیا ژن‌های روبرتیس و نوژین قطعه‌ای واقعی از DNA بودند که سازمان‌دهنده را تشکیل می‌دادند؟ جواب هم بله و هم نه است. بسیاری از ژن‌ها، از جمله همین دو ژن (ژن روبرتیس و نوژین) برای تشکیل طرح بدن با یکدیگر تعامل دارند. چنین سیستم‌هایی به این علت که ژن‌ها می‌توانند نقشه‌ای متفاوتی را در طول فرایند تکوین ایفا کنند، بسیار پیچیده‌اند. برای نمونه، ژن نوژین نه‌تنها در تکوین محور بدن نقش دارد، بلکه در تکوین گروهی دیگر از اندام‌ها نیز نقش دارد. گذشته از این، ژن‌ها برای تعیین رفتارهای پیچیده‌ی سلولی مشابه آن‌چه که در تکوین سر مشاهده کردیم به‌تنهایی عمل نمی‌کنند.

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

@Chekide_ha

شبکه‌ی گسترده‌ی ژن‌ها تنظیم‌کننده‌ی تکوین جنین؛ مکانیسم: خاموش و روشن‌شدن متوالی.

ژن‌ها در همه‌ی مراحل تکوین با یکدیگر تعامل دارند. یک ژن ممکن است باعث ممانعت آن‌ها از فعالیت یک ژن یا افزایش فعالیت ژن دیگر شود. برخی اوقات چندین ژن برای روشن یا خاموش‌کردن یک ژن دیگر با یکدیگر همکاری می‌کنند، خوشبختانه تجهیزات جدید به ما این امکان را می‌دهند که فعالیت هزاران ژن درون یک سلول را هم‌زمان مطالعه کنیم. پیوستن این تکنولوژی با متدهای جدید مبتنی بر استفاده از کامپیوتر برای تفسیر عملکرد ژن، باعث می‌شود که ما پتانسیل بالایی برای درک چگونگی ساخت سلول‌ها، بافت‌ها و کل بدن، به‌وسیله‌ی ژن‌ها داشته باشیم.

درک این برهم‌کنش‌های پیچیده‌ی بین این ژن‌های القا‌کننده، باعث آشکارشدن سازوکار واقعی ساخت بدن می‌شود. نوژین به‌عنوان نمونه‌ای مهم به‌کار گرفته می‌شود. ژن نوژین به‌تنهایی سبب القا و حرکت هیچ سلول جنینی در حدود موقعیتش در امتداد محور عمودی (بالا-پایین) نمی‌شود، بلکه به‌طور هماهنگ با چندین ژن دیگر برای انجام این کار همکاری می‌کند.

یک ژن دیگر، 4-BMT ژن پایین‌دستی است؛ این ژن در سلول‌هایی که نیمه‌ی پایین جنین یا قسمت شکمی آن را خواهند ساخت، روشن می‌شود. تعامل و همکاری مهمی بین 4-BMP و نوژین وجود دارد. هرجا که نوژین فعال باشد، 4-BMP قادر به انجام وظیفه‌اش نیست. نتیجه این‌که نوژین به سلول‌ها دیکته نمی‌کند که در شکل «سلول‌های بالای بدن» رشد کنند؛ در عوض، سیگنالی را که آن‌ها را مبدل به سلول‌های نیم‌تنه‌ی پایینی خواهد کرد، مهار می‌کند. این واکنش متقابل خاموش-روشن‌شدن در پس همه‌ی فرایندهای تکوین وجود دارد.

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

@Chekide_ha

یک شقایق‌دریایی درونی

نقاط اشتراکی در مقایسه‌ی بدن ما و بدن قورباغه و ماهی مشاهده می‌شود. به‌معنای واقعی کلمه، بدن ما و آن‌ها بسیار شبیه به‌هم است: همه‌ی ما دارای ستون فقرات، دو پا، دو دست، یک سر و اندام‌هایی از این قبیل هستیم. چطور می‌شود اگر ما خود را با موجودی کاملاً متفاوت مقایسه کنیم. مثلاً عروس‌دریایی و خویشاوندانش؟!

بیش‌تر جانوران محور بدنی دارند که به‌کمک سمت حرکت‌شان یا از روی این‌که دهان و مقعد در کجا قرار گرفته است، مشخص می‌شود و این جانوران رابطه‌ی خویشاوندی با یکدیگر دارند. به این موضوع فکر کنید: دهان و مقعد ما در منتهی‌الیه مخالف یکدیگر قرار دارند، همان‌طور که در ماهی‌ها و حشرات است و معمولاً این جهت‌گیری «رو به جلو» است.

چگونه می‌توانیم خود را در جاندارانی مشاهده کنیم که اساساً رشته‌ی عصبی ندارند؟ در جانداران فاقد مقعد و دهان چطور؟ موجوداتی مانند عروس‌دریایی، مرجان و شقایق‌دریایی، یک دهان دارند اما مقعد ندارند. قسمت دهانی، به‌عنوان جایگاه دفع ضایعات جانور نیز عمل می‌کند، اگرچه این آرایش عجیب‌وغریب ممکن است برای عروس‌دریایی و خویشاوندانش مناسب باشد، باعث سردرگمی زیست‌شناسان هنگام تلاش برای مقایسه‌ی این موجودات با هر موجود دیگری می‌شود.

عده‌ای از همکاران، از جمله مارک مارتیندیل (Mark Martindale) و جان فینتی (John Finnerty)، دست به مطالعه و تحقیق درباره‌ی رشد و تکوین این گروه از جانوران زدند. شقایق‌های دریایی، به‌طور جالب‌توجهی حاوی اطلاعات مفیدی بودند، زیرا آن‌ها از خویشان نزدیک عروس‌دریایی محسوب می‌شوند و دارای الگوی بدنی بسیار ابتدایی‌اند. هم‌چنین، شقایق‌دریایی شکل بسیار غیرعادی‌ای دارد؛ به‌طوری‌که در نگاه نخست بی‌ارزش‌تر از آن است که آن‌ها را با خودمان مقایسه کنیم!

شقایق‌دریایی شکلی شبیه تنه‌ی درخت با ریشه‌های بلند و کشیده و گروهی از شاخک‌ها در انتهای تنه‌اش دارد. این شکل و شمایل عجیب‌وغریب، شقایق‌دریایی را به‌طور ویژه‌ای جذاب کرده است؛ حتی جذاب‌تر از زمانی‌که این موجود می‌توانست جلو و عقب یا بالا و پایین داشته باشد. یک خط از دهان تا انتهای حیوان بکشید.

زیست‌شناسان این خط را «محور دهانی–مقابل دهانی» (The oral-aboral axis) نامیدند. اما نام‌گذاری آن باعث نشد چیزی بیش از یک خط قراردادی شود. اگر چنین محوری واقعاً در کار بود، باید تکوینی شبیه به رشد هر یک از ابعاد بدن ما می‌داشت.

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

@Chekide_ha

تشابه ژن‌های سازنده‌ی طرح‌های بدن انسان و شقایق‌دریایی

مارتیندیل و همکارانش کشف کردند که نسخه‌ی ابتدایی برخی از ژن‌های سازنده‌ی طرح اصلی بدن ما -آن‌هایی که محور سر به مقعد را تعیین می‌کنند- واقعاً در شقایق‌دریایی وجود دارند. مهم‌تر این‌که این ژن‌ها در امتداد «محور دهانی-مقابل دهانی» فعال‌اند. این به نوبه‌ی خود به آن معناست که «محور دهانی-مقابل دهانی» این جانوران ابتدایی، از نظر ژنتیکی معادل «محور سر به مقعد» (Head-to-anus axis) بدن ماست.

یک محور رو به پایین و دیگری رو به جلو. آیا شقایق‌دریایی چیزی مشابه محور شکم به پشت ما دارد؟! به‌نظر نمی‌رسد که این‌طور باشد. با این وجود، مارتیندیل و همکارانش گام جسورانه‌ای برداشتند و در شقایق‌دریایی به جست‌وجوی ژن‌هایی پرداختند که در بدن ما مشخص‌کننده‌ی «محور شکم به پشت» (Belly-to-back axis) هستند.

آن‌ها فهمیدند ژن‌های ما به چه چیز شبیه‌اند و همین موضوع یک شمای کلی برای تحقیق به‌دست داد. آن‌ها نه‌تنها یک ژن، بلکه تعداد بسیاری ژن شکم به پشت در شقایق‌دریایی کشف کردند! اگرچه این ژن‌ها در شقایق‌دریایی در امتداد یک محور فعال بودند اما به‌نظر نمی‌رسید این محور شبیه به الگوی اندام‌های هیچ جانور بالغ دیگری باشد.

این محور نامرئی، هرچه که باشد از نمای بیرونی جانور آشکار نیست. به هر صورت اگر ما یک شقایق‌دریایی را از نیمه برش بدهیم، سرنخ مهمی خواهیم یافت؛ یک محور تقارن دیگر که به آن محور جهت‌دهنده (The directive axis) می‌گویند، گویی دو سمت متمایز -تقریباً چپ و راست- جانور را معین می‌کند. برای آناتومیست‌ها این محور مخفی و مبهم پیش از دهه‌ی دوم قرن بیستم شناخته شده بود اما یک حس کنجکاوی در مطبوعات علمی باقی ماند. مارتیندیل، فینرتی و گروه آن‌ها این موضوع را تغییر دادند. همه‌ی جانوران در عین شباهت به یکدیگر، با هم تفاوت دارند.

مانند دستور پخت کیک که از نسلی به نسل دیگر دست‌خوش تغییرات می‌شود -با مقداری افزایش در ترکیبات دستور پخت هر کیک در هر نسل!- دستورالعمل ساخت بدن ما نیز طی میلیون‌ها سال تغییر یافته و اصلاح شده است. ممکن است ما چندان شبیه شقایق‌دریایی و عروس‌دریایی نباشیم، اما دستورالعمل ساخت بدن ما تنها نسخه‌ی پیچیده‌تری از دستورالعمل ساخت بدن شقایق‌دریایی و عروس‌دریایی است.

هنگامی‌که ژن‌های گونه‌های مختلف را با یکدیگر مبادله کردیم، شواهد قدرتمندی از وجود دستورالعمل ژنتیکی مشترکی در بدن همه‌ی جانوران یافتیم. چه اتفاقی می‌افتاد اگر می‌توانستیم ژن ساختمانی بدن موجودی پیچیده همانند خودمان را با جانوری مانند شقایق‌دریایی عوض کنیم؟ ژن نوژین را به‌خاطر بیاورید که در قورباغه، موش و انسان در جایی‌که به ساختارهای پشتی تکوین خواهند یافت روشن می‌شود.

تزریق‌کردن مقدار زیادی از نوژین قورباغه به تخم قورباغه، باعث رشد جانور با ساختارهای اضافی پشت خواهد شد. حتی در بعضی موارد، این عمل منجر به ایجاد دو سر در آن می‌شود. در جنین شقایق‌دریایی نیز در یک انتهای محور جهت‌دهنده یک نسخه از ژن نوژین روشن می‌شود. حالا تجربه‌ای بسیار ارزشمند فراورده‌ی ژن نوژین را از شقایق دریایی بردارید و آن را به جنین قورباغه تزریق کنید. نتیجه این‌که: قورباغه‌ای با ساختارهای اضافی در پشت به‌وجود می‌آید؛ بسیار مشابه نتیجه‌ای که با تزریق ژن نوژین خود قورباغه به جنین آن به‌دست آمده بود!

همین‌طور که در زمان به‌عقب برمی‌گردیم، چیزی همچون شکافی بزرگ در مقابل خود می‌یابیم. هر آن‌چه که در این فصل از آن صحبت شد دارای بدن بود. چطور است خودمان را با جاندارانی که اصلاً بدن ندارند مقایسه کنیم؛ مثلاً با میکروب‌های تک‌سلولی؟!

خویشاوندان عروس‌دریایی مثل شقایق‌دریایی جلو و پشت دارند؛ همان‌طور که ما داریم. یک طرح بدنی مشترک به‌وسیله‌ی نسخه‌هایی از ژن‌های یکسان راه‌اندازی و تنظیم می‌گردد.

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

@Chekide_ha

تشابه و تفاوت‌های بدن ما و ساختمانی آجری!

بیش‌تر دوره‌ی فوق لیسانسم، زمانی‌که در زمین‌های جمع‌آوری فسیل نبودم، در آزمایشگاه، خیره به میکروسکوپ، به‌دنبال درک چگونگی تجمع سلول‌های سازنده‌ی استخوان‌ها بودم. اندام حرکتی در حال تکوین سمندر و قورباغه را جدا می‌کردم و آن‌ها را به رنگ‌های ویژه‌ای درمی‌آوردم؛ غضروف در حال تکوین، به رنگ آبی و استخوان‌ها به رنگ قرمز، مابقی بافت‌ها را با تیمار اندام‌های حرکتی با گلسیرین شفاف می‌کردم. این روشی عالی برای آماده‌سازی بود و همه‌ی استخوان‌ها جوری رنگ‌های مربوط به ماده‌ی رنگی را نشان می‌دادند که گویی جانور از شیشه ساخته شده است.

طی این ساعات طولانی کار با میکروسکوپ، شاهد شکل‌گیری جانوران بودم. جنین‌ها ابتدا جوانه‌های بسیار کوچک و باریکی از اندام‌های حرکتی داشتند، سپس سلول‌های درونی آن‌ها به‌طور یکنواخت از یکدیگر فاصله می‌گرفتند. پس از آن، در مرحله‌ی آخر، سلول‌های درون جوانه‌ی اندام حرکتی، به توده‌ای سلولی تبدیل می‌شدند. سپس در جنین‌های نمویافته‌تر سلول‌ها شکل‌های متفاوتی می‌گرفتند و استخوان‌ها تشکیل می‌شدند؛ درواقع، هریک از توده‌هایی که در مراحل اولیه مشاهده می‌کردم، به استخوان تبدیل می‌شدند.

کمی دشوار است که شما جانوری را در حال شکل‌گیری و جفت‌وجورشدن اندام‌های بدنش مشاهده کنید و وحشت‌زده نشوید! درست مانند ساختمانی آجری، اندام حرکتی با اتصال اجزای کوچک‌تر برای تشکیل ساختاری بزرگ‌تر شکل می‌گیرند اما تفاوتی عمده درباره‌ی سازمان‌دهی بدن وجود دارد. ساختمان‌ها معمار و سازنده دارند؛ فردی که بی‌تردید می‌داند هریک از آجرها باید کجا قرار بگیرند؛ درحالی‌که اندام‌های حرکتی و بدن این‌طور نیستند؛ اطلاعات سازنده‌ی اندام‌های حرکتی، در چند نقشه‌ی معماری ساده موجود نیستند؛ بلکه درون هر سلول از بدن قرار دارند. تصور کنید خانه‌ای خودبه‌خودی از طریق اطلاعات موجود در هر یک از آجرهای آن ساخته شود. این حقیقت بدن است؛ بدن به‌همین شکل ساخته می‌شود.

بیش‌تر آن‌چه که بدن را می‌سازد، درون سلول جمع شده است؛ درواقع، بیش‌تر آن‌چه که ما را منحصربه‌فرد ساخته در آن‌جاست. بدن ما با بدن عروس‌دریایی تفاوت دارد و این تفاوت، ریشه در نحوه‌ی اتصال هر سلول به سلول دیگر، چگونگی برقراری ارتباط با یکدیگر و مواد متفاوتی که آن‌ها را می‌سازد دارد.

پیش از آن‌که ما حتی می‌توانستیم «طرح بدن» داشته باشیم -چه برسد به سر، مغز یا دست- باید راهی برای ساختن آن برای بار اول وجود داشته باشد. می‌پرسید یعنی چه؟ یعنی برای ساخت همه‌ی بافت‌ها و ساختارهای بدن، سلول‌ها در ابتدا باید بدانند که چطور با یکدیگر همکاری کنند تا به‌خوبی کنار هم قرار بگیرند و یک گونه‌ی منحصربه‌فرد و کاملاً جدید را بسازند.

برای درک بهتر معنای این موضوع، ابتدا اجازه بدهید بفهمیم بدن چیست؟ سپس بیایید سه سؤال اصلی درباره‌ی بدن‌ها بپرسیم: کی؟ چطور؟ و چرا؟ بدن‌ها کی به‌وجود آمدند، چطور به‌وجود آمدند و مهم‌تر از همه این‌که اصلاً چرا به‌وجود آمدند؟!

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

@Chekide_ha

حکم لازم‌الاجرا: بدن را به من نشان بده!

- تفاوت بدن با کلونی باکتریایی
- تشابه بدن و رودخانه؛ هردو همیشه تغییر می‌کنند اما ماهیت‌شان ثابت است.
- از بین‌رفتن تعادل حیاتی اجزای سازنده‌ی بدن؛ سرطان و مرگ.
- بدن چگونه ساخته می‌شود؟!

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

@Chekide_ha

انسان؛ نوزادِ یک‌روزه‌ی زمین!

عقیده‌ای فروتنانه درباره‌ی تاریخ زندگی همه‌ی کرم‌ها، ماهی‌ها و انسان‌ها وجود دارد: بیش‌تر تاریخچه‌ی حیات در زمین، مربوط به داستان موجودات تک‌سلولی است! درواقع، همه‌ی چیزهایی که تا به این‌جا بررسی کردیم -جاندارانی با سر، دست، اندام‌های حسی و حتی طرح بدن- تنها در بخش کوچکی از تاریخچه‌ی زمین سازمان‌دهی شده‌اند.

استادان دیرینه‌شناسی اغلب از مقیاسی جالب برای عمر زمین استفاده می‌کنند که نشان‌دهنده‌ی کوچکی میزان این سهم است؛ تصور کنید تمام تاریخچه‌ی 4.5 میلیارد‌ساله‌ی زمین را در یک سال بگنجانیم، با این مقیاس، روز ۱ ژانویه را نقطه‌ی شروع حیات در کره‌ی زمین و نیمه‌شب ۳۱ دسامبر را همین حالا می‌نامیم. تا ژوئن تنها ارگانیسم‌های کره‌ی زمین میکروب‌های تک‌سلولی، مانند جلبک، باکتری و آمیب بودند. اولین جانداران دارای سر، تا اکتبر هنوز به‌وجود نیامده بودند! اولین انسان در ۳۱ دسامبر به‌وجود آمد. ما همانند همه‌ی جانداران و گیاهانی که تاکنون زیسته‌اند، ناخوانده‌های تازه‌واردی در مهمانی حیات در کره‌ی زمین محسوب می‌شویم!

وسعت این مقیاس با مشاهده و بررسی صخره‌های جهان آشکارا نمایان می‌شود. صخره‌های کهن‌تر از ۶۰۰ میلیون سال، عموماً تهی از جانوران و گیاهان‌اند. درون آن‌ها، تنها جانوران تک‌سلولی یا کلونی‌هایی از جلبک‌ها پیدا می‌شود. این کلونی‌ها شکلی حصیری یا توده‌ای دارند؛ بعضی از آن‌ها هم مثل دستگیره‌ی در هستند؛ بااین‌حال، بدن گیج‌کننده‌ای ندارد.

نخستین افرادی که بدن‌های اولیه را در فسیل‌ها مشاهده کردند، نظری راجع‌به آن‌چه می‌دیدند نداشتند. در فاصله‌ی سال‌های ۱۹۲۰ تا ۱۹۶۰، فسیل‌های بسیار عجیب‌وغریبی از سراسر جهان کشف شد. در طول دهه دوم و سوم قرن بیستم، مارتین گوریش (Martin Gurich) دیرینه‌شناس آلمانی، در جایی‌که امروز همان نامیبیا است کار می‌کرد. او آثار گوناگونی از آن‌چه به بدن جانداران شبیه بود، کشف کرد؛ اشکالی گرد یا بشقاب‌مانند، چیزهای چندان جالب‌توجهی به‌نظر نمی‌آمدند. ممکن بود جلبک یا عروس‌دریایی اولیه باشند که در دریاهای باستانی زندگی می‌کرده‌اند.

مقیاس زمان، برای رویدادهای تاریخچه‌ی حیات. به دوره‌ی بسیار طولانی از زمان، هنگامی‌که بدنی در زمین نبود، توجه کنید فقط ارگانیسم‌های تک‌سلولی بودند که به‌تنهایی یا به‌صورت کلونی زندگی می‌کردند.

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

@Chekide_ha

حیات از دوره‌ی پرکامبرین

در سال ۱۹۴۷، زمین‌شناس معدن‌کاری به نام رجینالد اسپری (Reginald Spring) اتفاقی زمینی که سطح زیرین صخره‌های آن حاوی فسیل‌هایی از گردی‌ها، نوارها و ساقه‌ها بود را کاوش کرد. اسپریگ با کارکردن در حوالی معدن رهاشده‌ای در تپه‌های ادیاکارا (Edicara) در جنوب استرالیا، مجموعه‌ای از چنین فسیل‌هایی را کشف کرد و آن‌ها را وظیفه‌شناسانه شرح داد. با گذشت مدتی، آثار مشابهی در همه‌ی قاره‌های جهان، به جز قطب جنوب، شناخته شد. جانوران اسپری هرچند به‌نظر عجیب می‌آمدند، افراد بسیار کمی به آن‌ها توجه کردند.

علت ابهام و عدم توجه مشترک بین دیرینه‌شناسان آن بود که تصور می‌شد این فسیل‌ها، از صخره‌های نسبتاً جوان دوره‌ی کامبرین به‌دست آمده‌اند؛ دوره‌ای که فسیل بسیاری از جانوران با بدن‌های اولیه، قبلاً شناخته‌شده بودند. فسیل‌های اسپریگ و گوریش، به‌عنوان مجموعه‌ای نه‌چندان مهیج اما عجیب و مرموز، چندان مورد توجه قرار نگرفتند؛ آن‌ها از دوره‌ای بودند که آثار آن، قبلاً به‌خوبی در موزه‌های جهان، نمایش داده شده بودند.

در نیمه‌های دهه‌ی ۶۰، مارتین گلسنر (Martin Glassner) اتریشی‌تبار، با جذبه‌ای که به استرالیا تبعید شده بود، همه‌چیز را عوض کرد. گلسنر پس از مقایسه‌ی این صخره‌ها با صخره‌های قسمت‌های دیگر جهان، نشان داد که بدون شک این فسیل‌ها ۱۵ تا ۲۰ میلیون سال قدیمی‌تر از آن‌چه در ابتدا تصور می‌شد هستند. این فسیل‌ها، صرفاً نوعی جمع‌آوری بی‌هدف نبودند و درواقع، گوریش، اسپریگ و دیگران با بررسی این فسیل‌ها در حال مشاهده‌ی بدن‌های اولیه بوده‌اند.

این فسیل‌ها، از دوره‌ی پرکامبرین که تصور می‌شد خالی از حیات باشد، به‌دست آمده بودند. در نظر ما قدمت حیات بیش‌تر شده بود، به‌این‌ترتیب، کنجکاوی‌های دیرینه‌شناسی قبلی تبدیل به جواهرات علمی گران‌بهایی شدند. گردی‌ها، نوارها و ساقه‌های دوره‌ی پرکامبرین، به‌وضوح قدیمی‌ترین جانداران دارای بدن بودند. همان‌طور که ما از دیگر فسیل‌های جانوری انتظار داشتیم، آن‌ها نمایندگان برخی از جانوران بسیار اولیه، نظیر اسفنج و عروس‌دریایی در سیاره‌ی امروزی به‌شمار می‌آیند. فسیل‌های دیگر پرکامبرین، مشابه هیچ‌چیز شناخته‌شده‌ای نیستند. می‌توانیم بگوییم که آن‌ها آثاری از چیزی‌اند که بدن دارد اما طرح‌های حبابی راه‌راهی و ظاهر عجیب‌وغریب‌شان با هیچ موجود زنده‌ی دیگری مطابقت نداشت!

پیام این موضوع بسیار واضح است: بیش از ۶۰۰ میلیون سال قبل، جاندارانی پرسلولی در دریاهای سیاره‌ی زمین سکنی گزیدند. این جانداران کلونی‌های سلولی ساده نبودند، بلکه بدن‌هایی کاملاً شکل‌گرفته داشتند. آن‌ها الگویی‌هایی از تقارن داشتند که در برخی موارد شبیه به فرم‌های زنده‌ی امروزی است. برای مواردی که نمی‌شود آن‌ها را مستقیم با فرم‌های زنده مقایسه کرد نیز بخش‌های مختلفی از بدن‌های‌شان دارای ساختار تخصص‌یافته است؛ این یعنی ارگانیسم‌های پرکامبرین سطحی از سازمان‌یافتگی زیستی داشتند که در آن زمان در زمین کاملاً جدید بوده است.

مدرک این تغییرات، نه‌تنها در بدن فسیل‌ها، بلکه در خود صخره‌ها هم مشاهده شد. با پیدایش اولین بدن‌ها، نخستین جای پاها به‌وجود آمدند. نقشه‌ای حکاکی‌شده در صخره‌ها، نخستین نشانه‌ها از این است که جانداران در لجن‌ها می‌خزیدند و می‌لولیدند. نخستین ردپاها -اثر خراش نوارمانند کوچک در گل‌ولای باستانی- نشان می‌دهد که حتی بعضی از این جانداران قادر به انجام حرکت‌های نسبتاً پیچیده بوده‌اند. آن‌ها نه‌تنها بدن‌هایی با قسمت‌های قابل شناسایی داشتند، بلکه از این بخش‌ها برای تحرک به شیوه‌های جدید استفاده می‌کردند.

همه‌ی این‌ها به‌نظر کامل می‌آیند. ما اولین بدن‌ها را پیش از مشاهده‌ی اولین طرح‌های بدنی دیدیم. هم‌چنین، اولین الگوهای ابتدایی بدن را قبل از یافتن اولین الگوهای پیشرفته‌ی بدن، همراه با سر، مشاهده کردیم و به‌همین ترتیب الی آخر. صخره‌های سراسر جهان، مشابه باغ‌وحش خیالی که در فصل اول در آن قدم زدیم، به‌طرزی عالی سازمان‌یافته‌اند!

همان‌طور که در ابتدای این قسمت پرسیدیم، ما امروز پس از چه زمانی، چگونگی و چرایی بدن‌ها قرار داریم. اکتشافات پرکامبرین به ما درباره‌ی چه زمانی می‌گوید. برای درک چگونگی و درنهایت، چرایی، باید نگاه‌مان را عوض کنیم!

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

@Chekide_ha

شواهدی از بدن خود ما

یک تصویر به‌هیچ‌وجه نمی‌تواند گویای این باشد که چه میزان از بدن ما در میان گردی‌ها، ساقه‌ی برگ‌ها و نوارهای دوره‌ی پرکامبرین یافت می‌شود. نقطه‌ی اشتراک ما انسان‌ها با همه‌ی پیچیدگی‌های‌مان با آثار درون صخره‌ها، به‌ویژه، آن‌هایی که شبیه به عروس‌دریایی دندانه‌دندانه و جانورانی مشابه‌اند، چیست؟

پاسخ عمیق است و هنگامی‌که به شواهد می‌نگریم گریزی از آن نیست: «ماده‌ی اولیه‌ای» که ما را منسجم نگه داشته و وجود بدن ما را ممکن ساخته، از آن‌چه تشکیل‌دهنده‌ی بدن‌های مربوط به آثار باستانی گوریش و اسپریگ است، متفاوت نیست. درواقع، چارچوب بدن همه‌ی ما از یک مبدأ شگفت‌آور باستانی به نام جانوران تک‌سلولی آغاز شده است.

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

@Chekide_ha

چسب و چیدمان سلولی؛ رمز شکل‌گیری بدن!

چه چیزی انبوهی از سلول‌ها را، خواه عروس‌دریایی یا کره‌ی چشم باشند، در کنار یکدیگر نگه می‌دارد؟ در موجوداتی همانند ما، این چسب زیستی به‌طور حیرت‌آوری پیچیده است؛ این ماده نه‌تنها سلول‌های ما را کنار یکدیگر نگه می‌دارد، بلکه به سلول‌های ما اجازه‌ی برقراری ارتباط و تشکیل اکثر ساختارها را می‌دهد. چسب فقط یک چیز نیست؛ شامل مولکول‌های متفاوت و متنوعی است که میان سلول‌های ما واقع‌اند و آن‌ها را به‌هم متصل می‌کند. در سطح میکروسکوپی، نیز این ماده به هریک از بافت‌ها و اندام‌های ما ظاهر متمایز و عملکرد مخصوص به خودش را می‌دهد. چه با چشم بنگریم چه از درون میکروسکوپ، کره‌ی چشم، به‌نظر متفاوت از استخوان پا می‌آید؛ درواقع، تفاوت عمده‌ی بین استخوان پا و چشم، در نحوه‌ی چیدمان سلول‌ها و مواد درون‌شان است.

در چند سال گذشته، در هر پاییز، من تنها با همین مفاهیم، دانشجویان پزشکی را دیوانه می‌کردم. دانشجویان مضطرب سال اولی مجبور بودند که اندام‌ها را با مشاهده‌ی اسلایدهای تصادفی بافت زیر میکروسکوپ شناسایی کنند. آن‌ها واقعاً چطور این کار را انجام می‌دادند؟!

کار ما کمی شبیه به کشف کشوری تنها با نگاه به نقشه‌ی معابر یک روستای کوچک آن است. این کار مشروط به داشتن سرنخ‌های درست‌شدنی‌ست. در اندام‌ها، برخی از بهترین سرنخ‌ها، شکل سلول‌ها و چگونگی به‌هم‌پیوستن آن‌ها وجود دارد؛ این نیز مهم است که بتوانیم ماده‌ی اولیه‌ی بین آن‌ها را شناسایی کنیم. بافت‌هایی که انواع مختلفی از سلول‌ها را دارند به طرق متفاوتی به یکدیگر می‌چسبند. برخی مناطق، ردیف‌ها یا ستون‌هایی از سلول دارند؛ در برخی دیگر، سلول‌ها تصادفی پراکنده شده‌اند و آزادانه به یکدیگر می‌پیوندند. این مناطق جاهایی که سلول‌ها فشردگی کمی دارند اغلب با موادی که خواص فیزیکی مشخصی به هر بافت می‌دهند پر می‌شوند. به‌عنوان نمونه، مواد معدنی که در میان سلول‌های استخوان قرار می‌گیرند، سختی استخوان‌ها را تعیین می‌کنند، درحالی‌که پروتئین‌های آزادتر در سفیدی چشم‌های ما، دیواره‌ی کره‌ی چشم را نرم‌تر می‌کنند.

توانایی دانشجویان برای شناسایی بافت‌ها از روی لام‌های میکروسکوپی، از علم به چگونگی نظم‌یافتن سلول‌ها و هم‌چنین نوع ماده‌ای که بین سلول‌ها قرار دارد ناشی می‌شود. این دانش برای ما معنای عمیق‌تری دارد. درواقع، مولکول‌هایی که این آرایش سلولی را مقدور کرده‌اند، همان مولکول‌هایی‌اند که ایجاد بدن را مقدور می‌کنند. اگر هیچ راهی برای پیوستن سلول‌ها به یکدیگر وجود نداشت یا هیچ ماده‌ای بین سلول‌ها نبود، هیچ بدنی هم به‌وجود نمی‌آمد و تنها بسته‌هایی از سلول‌ها وجود می‌داشتند. معنی این عبارت آن است که نقطه‌ی شروع برای درک این‌که چطور و چرا بدن به‌وجود می‌آید مشاهده‌ی این مولکول‌هاست: مولکول‌هایی که به سلول‌ها کمک می‌کنند تا به یکدیگر بچسبند، با یکدیگر ارتباط برقرار کنند و مواد بین‌سلولی را فراهم سازند.

برای درک ارتباط این ساختارهای مولکولی با بدن‌مان، بیایید روی جزئیات بخشی ویژه تمرکز کنیم: اسکلت. اسکلت ما نمونه‌ای قدرتمند برای درک این موضوع است که چطور مولکول‌های کوچک می‌توانند تأثیر بزرگی روی ساختار بدن بگذارند و قوانین عمومی‌ای را آشکار می‌سازد که برای همه‌ی قسمت‌های بدن تعمیم‌پذیرند. بدون اسکلت، ما توده‌های نافرمی از ماده‌ی چسبنده و لزج می‌شدیم و زندگی روی زمین، نه‌تنها ساده نبود، بلکه حتی غیرممکن می‌شد. بیش‌تر مبانی زیستی و رفتاری ما، به‌خاطر اسکلت‌مان ممکن شده است. هر زمانی‌که راه می‌رویم، پیانو می‌نوازیم، تنفس می‌کنیم یا غذا می‌جوییم، باید سپاس‌گزار اسکلت‌مان باشیم.

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

@Chekide_ha

مقایسه‌ی اسکلت بدن و پل؛ تأثیر ساختار میکروسکوپی بر توانمندی‌های ماکروسکوپی

بهترین مدل برای درک کارکرد ساختار، پل است. استحکام پل به‌اندازه‌ی شکل و تناسب تیرآهن‌ها و کابل‌های آن بستگی دارد. علاوه‌بر این، استحکام پل بستگی زیادی به تناسب میکروسکوپی مواد تشکیل‌دهنده‌ی آن دارد؛ این ساختار مولکولی فولاد است که قدرت حد خمش و در عین حال توانایی نشکستن آن را تعیین می‌کند. به‌همین صورت، استحکام اسکلت ما براساس اندازه‌ی شکل بدن و خواص مولکولی استخوان‌های ما تعیین می‌شود.

بیایید بررسی کنیم چطور این اتفاقات افتادند. هم‌چنان که به آهستگی در امتداد مسیری حرکت می‌کنیم، ماهیچه‌های‌مان منقبض می‌شوند، پشت دست‌ها و پاهای‌مان حرکت می‌کنند و پاهای ما به زمین فشار می‌آورند تا ما به‌سمت جلو رانده شویم. عملکرد استخوان‌ها و مفاصل شبیه اهرم‌ها و قرقره‌های بزرگ و پیچیده‌ای هستند که همه‌ی حرکات ما را ممکن کنند. حرکات بدن، پیرو اصول ساده‌ی فیزیک است: توانایی دویدن ما به مقدار زیادی بستگی به‌اندازه‌ی شکل و تناسب اسکلت و پیکربندی مفاصل‌مان دارد. از این دیدگاه ما شبیه به ماشینی بزرگ هستیم و درست همانند ماشین، طراحی‌مان، نحوه‌ی عملکرد ما را کند. ورزشکار پرش ارتفاع در مسابقات جهانی باید تناسب استخوانی متفاوتی از کشتی‌گیر سنگین وزن داشته باشد. پاهای خرگوش یا قورباغه برای جست‌وخیز و پرش کوتاه تخصص یافته و طبعاً با کارایی پاهای اسب تفاوت عمده دارند.

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

@Chekide_ha

ساختار شبه‌بتونی مواد سازنده‌ی بین‌سلولی اسکلت بدن

حالا بیایید نگاه میکروسکوپیتری به اسکلت بیاندازیم. تکه‌ای از استخوان ران را زیر میکروسکوپ قرار دهید؛ به‌سرعت متوجه می‌شوید چه چیزی این ویژگی‌های مکانیکی متمایز را به استخوان داده است. سلول‌ها، به‌خصوص در سطح خارجی استخوان، به‌طرز کاملاً ویژه‌ای سازمان یافته‌اند.

درحالی‌که برخی سلول‌ها به یکدیگر چسبیده‌اند، مابقی آن‌ها از هم جدا هستند. بین سلول‌های جدا از هم، موادی وجود دارد که استحکام استخوان را تعیین می‌کند. یکی از آن‌ها سنگ یا بلوری است که به آن هیدروکسی‌آپاتیت گفته می‌شود و در فصل چهار درباره‌ی آن توضیح داده‌ایم. سختی هیدروکسی‌آپاتیت مشابه سختی بتون است. درست مثل بتون هنگامی‌که تحت فشار قرار می‌گیرد سخت می‌شود و هنگامی‌که تحت پیچش و خمش قرار می‌گیرد استحکام آن کاهش می‌یابد!

بنابراین، همانند ساختمانی که از آجرها و بتون ساخته می‌شود، استخوان‌ها به‌نحوی شکل گرفته‌اند که بیش‌ترین مقاومت در برابر فشار را داشته باشند و پیچ‌خوردن و خم‌شدگی خود را کمینه سازند؛ این درست همان چیزی است که گالیله در قرن هفدهم متوجه آن شد!

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

@Chekide_ha

تشابه پروتئین کلاژن و طناب؛ بیش‌ترین استحکام حین کشیده شدن

مولکول دیگری که میان سلول‌های استخوانی ما کشف شد معمول‌ترین پروتئین در کل بدن انسان است. اگر ما آن را با میکروسکوپ الکترونی ۱۰ هزار بار بزرگ کنیم، چیزی شبیه به طناب که شامل دسته‌هایی از مولکول‌های رشته‌ای کوچک است مشاهده می‌کنیم. این مولکول، کلاژن، ویژگی‌های مکانیکی طناب را دارد. طناب در زمان کشیده‌شدن نسبتاً محکم است اما هنگام جمع‌شدن توانایی خود را از دست می‌دهد؛ دو تیم را در حال مسابقه‌ی طناب‌کشی در نظر آورید، کلاژن همانند طناب، در حین کشیده‌شدن محکم است اما هنگامی‌که تحت کشش نیست، استحکام خود را از دست می‌دهد.

استخوان‌ها متشکل از سلول‌هایی‌اند که در دریایی از هیدروکسی‌آپاتیت، کلاژن و برخی مولکول‌های غیرمعمول دیگر شناورند. برخی سلول‌ها به یکدیگر چسبیده و بقیه‌ی سلول‌ها درون این مواد شناورند. استحکام استخوان بستگی به مقاومت کلاژن هنگام کشیده‌شدن و دوام هیدروکسی‌آپاتیت هنگام جمع‌شدن دارد.

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

@Chekide_ha