به‌وجودآمدن پستانداران اولیه

در صخره‌های حدوداً ۲۰۰ میلیون سال پیش، فسیل جانوران جونده‌ی موش‌مانندی مثل مورگانوکدون (Morganucodon) و اُزوسترودون (Eozostrodon) وجود دارد که در جانورانی در مرحله‌ی شروع گذار به پستانداران به‌نظر می‌رسند؛ این جانوران که از موش کوچک‌ترند، قسمت مهمی از ما را درون خود دارند! عکس‌ها نمی‌توانند نشان بدهند که این پستانداران اولیه تا چه اندازه شگفت‌انگیزند. هنگامی‌که خود من برای نخستین‌بار فسیل این جانوران را مشاهده کردم بسیار هیجان زده شدم.

من وارد دوره‌ی تحصیلات تکمیلی در هاروارد شدم و تحصیل و پژوهش در زمینه‌ی پستانداران اولیه را آغاز کردم. آن‌جا را به‌علت حضور فاریش آ. جنکینز -همان فردی که در فصل اول راجع‌به او صحبت کردم- انتخاب کردم. او رهبری‌کننده‌ی سفرهای اکتشافی به غرب آمریکا در هاروارد بود. درواقع، فاریش مدام صخره‌ها را برای یافتن نشانه‌هایی از چگونگی تکوین توانایی‌های متمایز جویدن در پستانداران جست‌وجو می‌کرد؛ کار فاریش و گروهش اکتشاف واقعی بود؛ آن‌ها به‌دنبال محل‌های ویژه و جایگاه‌های جدید گشتند و معمولاً به‌سراغ زمین‌های کشف‌شده توسط گروه‌های دیگر نمی‌رفتند. فاریش گروهی مستعد از جست‌وجوگران فسیل، شامل هیأتی از موزه‌ی جانورشناسی تطبیقی هاروارد و تعدادی از پژوهشگران مستقل را گرد هم آورده بود.

رئیس‌های گروهش بیل امرال (Bill Amaral)، چاک شاف (Chuck Schaff) و ویل داونز (Will Downs) بودند. این سه پژوهشگر، آشناکنندگان من با دنیای دیرینه‌شناسی بودند.

فاریش و گروهش نقشه‌های زمین‌شناسی و عکس‌های هوایی را برای انتخاب منطقه‌ی احتمالی که ممکن بود نخستین پستانداران را در آن‌جا بیابند، بررسی کرده بودند. به‌این‌ترتیب، هر تابستان آن‌ها سوار بر کامیون‌های‌شان عازم صحراهایی در وایومینگ، آریزونا و یوتا می‌شدند. پیش از آن‌که من در سال ۱۹۸۳ به آن‌ها بپیوندم، شماری از فسیل‌های ارزشمند و جدید پستانداران و هم‌چنین زمین‌های فسیلی را یافته بودند. قدرت محاسبه و پیش‌بینی‌شان مرا بهت‌زده می‌کرد. گروه فاریش به‌سادگی با مطالعه‌ی تعدادی مقاله و کتاب علمی توانستند مکان‌های محتمل و غیرمحتمل برای کشف نخستین پستانداران را شناسایی کنند!

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

@Chekide_ha

قوانین ارزشمند فسیل‌یابی

ورود من به دیرینه‌شناسی میدانی زمانی شروع شد که جست‌وجو را با چاک و بیل در صحرای آریزونا آغاز کردم. در ابتدا، هرگونه اقدامی به‌نظرم کاملاً شانسی و تصادفی می‌آمد. درواقع، من انتظار انجام نوعی عملیات شناسایی منظم و هماهنگ را درست مانند آن‌چه که در عملیات نظامی انجام می‌شود داشتم؛ اما چیزی که شاهدش بودم کاملاً خلاف انتظارم بود؛ گروه روی قسمتی از صخره‌ای خاص فرود می‌آمدند و به جست‌وجوی قطعات استخوانی در سطح سنگ‌ها در تمام جهات ممکن می‌پرداختند، همین!

در چند هفته‌ی نخست اکتشافات مرا تنها گذاشتند؛ من هم رهسپار جست‌وجوی فسیل شده بودم و مدام هر صخره‌ای که می‌دیدم را برای یافتن تکه‌های استخوانی در سطحش جست‌وجو می‌کردم. در پایان هر روز به خانه برمی‌گشتیم تا یافته‌های ارزشمندمان را به بقیه‌ی گروه نشان بدهیم. چاک معمولاً چندین کیف مملو از استخوان داشت. بیل نیز کارنامه‌ی پرباری به‌همراه داشت که اغلب در آن تعدادی جمجمه‌ی کوچک یا غنایم مشابه دیگر به‌چشم می‌خورد. اما من هیچ! توشه‌ی خالی من، یادآوری غم‌انگیزی بر این واقعیت بود که راهی بسیار طولانی برای یادگیری در پیش دارم... بیشتر بخوانید

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

@Chekide_ha

کشف شگفت‌آور ما؛ نیمه‌خزنده-نیمه‌پستاندار!

زمانی‌که به بوستون برگشتم، چاک و بیل برای صرف ناهار بیرون رفته بودند. بعضی از همکاران که در حال بازدید از موزه بودند، متوجه حضور من شدند و ضمن احوال‌پرسی گرم به من تبریک گفتند و به تمجید از من پرداختند؛ با من درست مثل قهرمانی فاتح رفتار می‌شد، اما واقعاً نمی‌دانستم چرا؟! رفتار آن‌ها برای من مثل یک شوخی عجیب بود، انگار می‌خواستند مرا ترغیب به انجام کار بزرگی کنند! آن‌ها به من گفتند که به آزمایشگاه بیل برویم تا آن غنیمتی که به‌دست آورده بودم را ببینیم. نمی‌دانستم باید چه فکری کنم؛ برای همین با آن‌ها به‌راه افتادم.

زیر میکروسکوپ بیل، آرواره‌ی بسیار کوچکی بود که طولی بیش از ۱/۵ سانتی‌متر نداشت. روی آن چند دندان بسیار ریز قرار داشت. بدون شک، آرواره متعلق به یک خزنده بود، چراکه دندان‌ها تنها یک ریشه در پایه داشتند، درحالی‌که دندان‌های پستانداران ریشه‌های بیش‌تری دارد. اما روی آن دندان‌ها برجستگی و فرورفتگی و لبه‌های زیادی وجود داشت که می‌توانستم آن‌ها را با چشم غیرمسلح هم ببینم. مشاهده‌ی دندان زیر میکروسکوپ برای من شگفتی بزرگ‌تری بود: روی برجستگی دندان‌ها کمی سائیدگی دیده می‌شد؛ یعنی این خزنده، دارای قابلیت جفت‌شدگی دندان‌ها بوده است. به بیان دیگر، فسیل من به‌نوعی نیمه‌خزنده-نیمه‌پستاندار بود!

بیل، بدون اطلاع من، یکی از قطعه‌سنگ‌ها را شکافته و رگه‌ای از استخوان را مشاهده کرده بود، سپس آن را با استفاده از سوزن، برای مشاهده زیر میکروسکوپ آماده کرده بود. هیچ‌یک از ما این موضوع را در میدان فسیلی متوجه نشده بود اما گروه اکتشافی ما به موفقیت بزرگی نائل شد که همه‌ی آن را مدیون بیل بودیم.

در آن تابستان چه چیزهایی آموختم؟... بیشتر بخوانید

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

@Chekide_ha

دندان‌ها و استخوان‌ها - اندام سخت

همه‌چیز را درباره‌ی دندان گفتیم، به‌غیر از آن‌چه که باعث خاص‌شدن دندان‌ها در میان اندام‌ها شده است: سخت‌بودن دندان‌ها. دندان‌ها مجبور بودند سخت‌تر از تکه‌های غذایی خورده‌شده باشند تا بتوانند آن‌ها را خرد کنند؛ تصور کنید که بخواهید استیک را با اسفنج ببرید!

در بسیاری از موارد، دندان‌ها به‌سختی صخره‌ها هستند و علتش این است که درون خود مولکول‌هایی کریستالی دارند. این مولکول‌ها با نام هیدروکسی‌آپاتیت شناخته می‌شوند و زیربنای ساختار سلولی و مولکولی دندان‌ها و استخوان‌ها از این ماده اشباع است و باعث می‌شود آن‌ها در مقابل خمیدگی، فشردگی و دیگر تنش‌ها مقاوم باشند.

دندان‌ها فوق‌العاده سخت‌اند و این به‌علت لایه‌ی بیرونی آن‌ها یعنی میناست که دارای هیدروکسی‌آپاتیتی به‌مراتب غنی‌تر از هر ساختار دیگری در بدن، از جمله استخوان‌ها هستند. این میناست که به دندان‌ها سفیدی و درخشانی می‌بخشد، البته مینا تنها یکی از لایه‌هایی است که دندان‌های ما را می‌سازند. لایه‌های درونی، از قبیل عاج دندان، نیز از هیدروکسی‌آپاتیت پر شده است.

جانوران بسیاری مانند صدف‌ها یا خرچنگ‌های دریایی نیز بافت‌های سخت دارند؛ اما آن‌ها هیدروکسی‌آپاتیت ندارند. سختی این دو جانور، به‌علت مواد دیگری مانند کربنات کلسیم یا کیتین است. هم‌چنین، برخلاف ما این جانوران اسکلت خارجی دارند که بدن‌شان را پوشانده است؛ درحالی‌که سختی ما درون ما قرار دارد!

نشان ویژه‌ی سختی ما که با دندان‌های درون دهان و استخوان‌های درون بدن‌مان مشخص می‌شود بخش ضروری جواب سؤال «ما کیستیم؟!» است. ما قادر به خوردن، حرکت به اطراف، تنفس، حتی متابولیسم مواد معدنی مشخصی هستیم و این به‌علت بافت‌های هیدروکسی‌آپاتیت‌مان است. برای داشتن این قابلیت‌ها، باید از نیای مشترک‌مان با ماهی‌ها سپاس‌گزار باشیم!

هر ماهی، دوزیست، خزنده، پرنده و پستاندار در کره‌ی زمین شبیه به ما است. تمام آن‌ها ساختارهایی متشکل از هیدروکسی‌آپاتیت دارند. اما این ساختارهای مشترک از کجا آمده‌اند؟... بیشتر بخوانید

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

@Chekide_ha

استخوان و دندان؛ تقدم و تأخر

سال‌های متمادی، دیرینه‌شناسان درباره‌ی این موضوع که چرا در نخستین گام به‌سمت تکامل، اسکلت‌های سخت حاوی هیدروکسی‌آپاتیت به‌وجود آمدند بحث می‌کردند. برای دیرینه‌شناسانی که معتقد بودند استخوان‌ها نخستین‌بار با تشکیل آرواره، ستون فقرات یا پوشش زر‌هی صدف‌مانند به‌وجود آمده‌اند، کونودونت‌ها مثال نقض به‌شمار می‌آمدند؛ در آن‌ها نخستین قسمت حاوی هیدروکسی‌آپاتیت در بدن‌شان دندان‌ها بودند. استخوان‌های سخت برای حفاظت از جانوران به‌وجود نیامدند، بلکه برای تغذیه‌ی آن‌ها پدیدار شدند! با این توصیف، جهان «ماهی، ماهی بخور» به‌طور جدی آغاز شد. در ابتدا، ماهی بزرگ ماهی کوچک را خورد؛ سپس مسابقه‌ای تسلیحاتی شروع شد و شکل جنگ به خود گرفت. ماهی‌های کوچک پوشش زرهی برای خود ایجاد کردند؛ ماهی‌های بزرگ برای شکستن این پوشش زرهی، آرواره‌های بزرگ‌تری به‌دست آوردند و به‌همین ترتیب داستان ادامه یافت. دندان‌ها و استخوان‌ها در رقابت مدام برای حیات تغییر کرده‌اند.

هنگامی‌که نخستین جانوران با جمجمه‌های استخوانی را در نظر می‌گیریم، موضوع جالب‌تر هم می‌شود. همین‌طور که در زمان به پیش می‌رویم و از نخستین جانوران کونودونت اولیه عبور می‌کنیم، متوجه می‌شویم که نخستین اسکلت‌هایی که سر استخوانی داشتند، چه شکلی بودند. آن‌ها به ماهی‌های ۵۰۰ میلیون‌ساله‌ای موسوم به اُستراکودرم (Ostracoderm) تعلق داشتند؛ فسیل این ماهی‌ها در صخره‌های سراسر زمین، از شمالگان گرفته تا بولیوی، یافت شدند. این ماهی‌ها شبیه همبرگری با دنباله‌ی گوشتی بودند!

ناحیه‌ی سر استراکودرم مانند قرصی بزرگ است که با سپری استخوانی پوشیده شده باشد؛ تقریباً چیزی شبیه به زره. اگر من یکی از کشوهای موزه‌ام را باز کنم و یکی از آن‌ها را به شما نشان بدهم، شما بی‌درنگ متوجه چیز عجیبی خواهید شد: اسکلت سر اُستراکودرم، براق و درخشان، خیلی شبیه به دندان‌های ما یا فلس‌های ماهی است!

یکی از لذت‌های دانشمند‌بودن این است که طبیعت، توانایی خاصی در متحیرساختن و غافل‌گیرکردن شما دارد! ما اکنون در استراکودرم‌ها، گروهی از ماهی‌های بدون آرواره‌ی باستانی، شاهد نمونه‌ای درجه‌یک از همین نوع غافل‌گیری هستیم!

اُستراکودرم‌ها جزو نخستین جانوران دارای سر استخوانی‌اند که اگر استخوان جمجمه‌شان را باز کنید، آن را در پلاستیک قرار دهید و زیر میکروسکوپ بشکنید، فقط شاهد بافتی کهنه و قدیمی نخواهید بود، بلکه عملاً بافتی مشابه بافت دندان‌ها در آن می‌بینید. لایه‌ای از مینا و حتی از بافت نرم دندان نیز وجود دارد. کل پوشش محافظ از هزاران دندان ریز درهم‌آمیخته تشکیل شده بود. این جمجمه‌ی استخوانی، یکی از قدیمی‌ترین ثبت‌های فسیلی‌ست که کاملاً از دندان‌های کوچک تشکیل شده. دندان‌ها در اصل برای گازگرفتن جانوران به‌وجود آمدند، سپس نسخه‌ای از دندان‌ها در مسیر تازه‌ای برای محافظت از آن‌ها مورد استفاده قرار گرفت.

کونودونت (چپ) و استراکودرم (راست)، کونودونت‌ها در اصل به‌صورت منفرد کشف شدند. سپس همان‌طور که سایر حیوانات شناخته شدند ما دریافتیم که بسیاری از آن‌ها با یکدیگر مانند ردیف دندان در دهان این ماهی نرم‌تن بدون آرواره عمل می‌کنند. سر استراکودرم‌ها یک محافظ استخوانی پوشیده شده است. لایه‌های میکروسکوپی این پوشش همچون ساختار دندان‌مانند ریزی درست شده است. بازسازی از دکتر مارک پرنل، دانشگاه لیستر و دکتر فیلیپ دانو، دانشگاه بریستل.

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

@Chekide_ha

دندان‌ها، غدد و پر و بال

دندان‌ها نه‌تنها منادی مسیری کاملاً تازه برای زندگی بودند، بلکه آشکار‌کننده‌ی منشأ شیوه‌ی کاملاً جدیدی برای ساخت اندام‌ها هم بودند. دندان‌ها طی اندرکنش دو لایه از بافت پوست در حال تکوین ما ایجاد می‌شوند.

توضیح این مکانیسم به‌این‌صورت است که دو لایه به یکدیگر نزدیک و سلول‌ها تقسیم می‌شوند، لایه‌ها تغییر شکل می‌دهند و پروتئین‌هایی را می‌سازند؛ لایه‌ی خارجی، پیش‌ساز مولکولی مینا را ترشح می‌کند و لایه‌ی داخلی مواد تشکیل‌دهنده‌ی عاج و مغز درونی دندان را می‌سازد. با گذشت زمان، ساختار دندان برای ساخت الگوهای برآمدگی و فرورفتگی که منجر به تمایز گونه‌ها می‌شود، بهینه‌سازی شده‌اند.

تکوین مشابه دندان و سایر ساختارهای موجود در پوست: مو، پر و بال و پولک!
کلید تکوین دندان‌ها، اندرکنش بین این دو لایه‌ی بافتی است: صفحه‌ی سلولی خارجی و لایه‌ی سلولی سُست داخلی که سبب می‌شود بافت پیچ‌وتاب بخورد و هر دو لایه را برای ترشح مواد لازم ساخت دندان، آماده سازد. این فرایند، منجر به تکوین همه‌ی ساختارهای موجود در پوست شد: پولک، مو پر و بال، غدد عرق و حتی پستان‌ها. در همه‌ی آن‌ها دو لایه کنار هم قرار می‌گیرند، پیچ‌وتاب می‌خورند و پروتئین ترشح می‌کنند. درواقع، باتری‌های روشن و خاموش‌کننده‌ی (سوئیچ‌های) اصلی ژنتیکی فعال در این فرایندها، در هر یک از بافت‌های یادشده (مو، پر، پولک و ...) تا حد زیادی مشابه هم‌اند.

این قضیه مشابه راه‌اندازی کارخانه‌ای جدید یا فرایند مونتاژ و سرهمسازی است؛ زمانی‌که تزریق پلاستیکی اختراع شده بود، در ساختن همه‌چیز، از اجزای ماشین گرفته تا یویو، استفاده می‌شد! دندان‌ها هم از همین قاعده تبعیت می‌کردند. هنگامی‌که فرایندی که منجر به ساخت دندان‌ها بود آغاز شد، به‌نحوی بهینه و اصلاح شد که منجر به ساخت اندام‌های گوناگون و متنوع با منشأ بافت پوست شود. این قضیه را به بهترین شکل در استراکودرم‌ها مشاهده کردیم. پرنده‌ها، خزندگان و انسان‌ها، نمونه‌های فوق‌العاده پیشرفته‌ای از این الگو و فرایند هستند. اگر از ابتدا دندان نداشتیم، هرگز پولک، پر و بال و پستان هم نمی‌توانستیم داشته باشیم! ابزار رشد‌دهنده‌ای که دندان‌ها را ساختند، بار دیگر به‌منظور ساخت دیگر ساختارهای مهم پوستی به‌کار رفتند؛ اگر ملموس‌تر بگویم، اندام‌هایی مثل دندان‌ها، بال‌ها و پستان‌ها با وجود این‌همه تفاوت، به‌واسطه‌ی تاریخ، پیوند جدانشدنی جالبی با یکدیگر دارند.

زمینه‌ی اصلی چهار فصل نخست این بود که چطور قادر به تعقیب اندام‌های مشابه در جانوران متفاوت هستیم. در فصل اول دریافتیم که می‌توانیم نسخه‌های اندام‌های‌مان را در صخره‌های باستانی پیش‌بینی و کشف کنیم. در فصل دوم متوجه شدیم چطور می‌توانیم بدون هیچ استثنایی استخوان‌های مشابه را از ماهی تا انسان دنبال کنیم. در فصل سوم نشان دادیم که چطور آن بخش ارثی بدن ما -DNA و دستورالعمل‌های ژنتیکی که اندام‌ها را می‌سازند- می‌توانند در جانوران بسیار متفاوت دنبال شوند. اکنون، در دندان‌ها، پستان و پر و بال زمینه‌ی مشترکی یافتیم. فرایندهای زیست‌شناختی که این اندام‌های متفاوت را ساخته‌اند نسخه‌هایی از یک اصل اولیه‌اند. وقتی متوجه شباهت عمیق میان اندام‌ها و بدن‌های متفاوت می‌شویم تازه درک می‌کنیم که ساکنان متعدد دنیای ما تنها در ظاهر با یکدیگر تفاوت دارند!

دندان‌ها، پستان‌ها، پر و بال و مو، همه در اثر فعل و انفعالات میان لایه‌های پوست ایجاد شدند.

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

@Chekide_ha

آناتومی سر؛ نظم در بی نظمی

از آن‌جا که برخلاف بقیه‌ی قسمت‌های بدن، بافت‌های سر، درون جعبه‌ای استخوانی محفوظ‌اند، آناتومی سر پیچیده و مشاهده‌ی آن نیز دشوار است. مجبوریم رگ‌ها و اندام‌ها را از میان گونه، پیشانی و جمجمه مشاهده کنیم. بدین‌ترتیب، با بازکردن سر، با انبوهی از آن‌چه که بی‌شباهت به تور درهم‌تنیده‌ی ماهی‌گیری نیست، مواجه می‌شویم. رگ‌ها و عصب‌ها همچنان که در سراسر جمجمه منتشر می‌شوند، حلقه‌ها و پیچش‌های عجیبی ایجاد می‌کنند. هزاران انشعاب عصبی، ماهیچه‌ای و استخوانی، درون این جعبه‌ی کوچک قرار دارد. در نظر اول، کل ساختار توده‌ای گیج‌کننده و آشفته به‌نظر می‌رسد.

جمجمه‌ی ما از سه بخش اصلی تشکیل شده است: صفحات استخوانی، ساختارهای نگه‌دارنده و میله‌ها. صفحات استخوانی، مغز ما را احاطه کرده‌اند [استخوان‌های جمجمه]. بالای سر خود را به آهستگی لمس کنید؛ آن‌ها را احساس خواهید کرد. این صفحات بزرگ، درست مشابه قطعات یک پازل باهم جور شده‌اند و بیش‌تر و بیش‌تر کاسه‌ی سر ما را تشکیل داده‌اند. هنگام تولد، این صفحات از هم فاصله دارند؛ فضاهای خالی میان آن‌ها، قسمت نرمه‌ی سر در نوزادان قابل مشاهده است و برخی اوقات بافت زیرین مغزی آن‌ها را می‌لرزاند. همان‌طور که بزرگ می‌شویم، استخوان‌ها تکوین می‌یابند و زمانی‌که به دوسالگی می‌رسیم، دیگر به‌هم متصل شده‌اند.

بخش دیگری از جمجمه‌ی ما، در قسمت زیرین مغز قرار دارد و سطح نگه‌دارنده‌ی مغز را شکل می‌دهد. برخلاف استخوان‌های عریض بالای جمجمه، این استخوان‌ها مشابه بلوک‌های پیچیده‌ای هستند و رگ‌ها و انشعابات عصبی بسیاری از میان آن‌ها عبور می‌کند. استخوان نوع سوم، آرواره‌ها، برخی از استخوان‌های درون گوش‌ها و گلوی‌مان را می‌سازند؛ این استخوان‌ها شبیه میله‌هایی تکوین می‌یابند که درنهایت، از یکدیگر جدا می‌شوند و تغییر شکل می‌دهند تا ما را در جویدن، شنیدن و قورت‌دادن یاری کنند.

داخل جمجمه، فضاها و قسمت‌هایی وجود دارد که اندام‌های متفاوتی را در خود جا داده است. بدیهی‌ست که مغز بیش‌ترین حجم جمجمه را اشغال می‌کند. دیگر فضاهای درون جمجمه، شامل چشم‌ها، قسمت‌هایی از گوش‌ها و ساختار بینی است. بیش‌تر چالش‌ها در درک آناتومی سر، به‌علت نداشتن تصور سه‌بعدی از این فضاها و اندام‌ها به‌وجود می‌آید.

ماهیچه‌هایی به استخوان‌ها و اندام‌های درون سر متصل است که برای گازگرفتن، حرف‌زدن و حرکت‌دادن چشم‌ها و کل سر، از آن‌ها استفاده می‌کنیم. ۱۲ عصب خارج‌شده از مغز که به مناطق متفاوتی از سر می‌روند، این ماهیچه‌ها را پشتیبانی می‌کنند؛ این‌ها همان عصب‌های جمجمه‌ای معروف‌اند که باعث ترس دانشجویان آناتومی و پزشکی می‌شوند!

صفحات استخوانی جمجمه، ساختارهای نگه‌دارنده‌ی مغز و میله‌ها: شمایی از جمجمه‌ها. هر یک از استخوان‌های درون سر ما به یکی از این سه قسمت منتهی می‌شوند.

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

@Chekide_ha

تنوع اعصاب جمجمه‌ای

کلید درک رموز اساسی سر این است که عصب‌های جمجمه‌ای را چیزی بیش از آشفتگی و شلوغی ببینیم، البته بیش‌تر آن‌ها واقعاً ساده‌اند. ساده‌ترین عصب‌های جمجمه‌ای، تنها یک عملکرد دارند و به یک اندام یا یک ماهیچه متصل می‌شوند. عصب جمجمه‌ای که به ساختار بینی ما رفته -عصب بویایی- یک وظیفه دارد: اطلاعات را از بافت بویایی به مغز می‌رساند. هم‌چنین برخی از عصب‌ها که به چشم‌ها و گوش‌های ما رفته‌اند، به‌همین سادگی‌اند: عصب بینایی با دیدن مرتبط است؛ عصب شنوایی برای شنیدن به‌کار می‌رود. چهار عصب جمجمه‌ای دیگر، تنها در خدمت ماهیچه‌ها هستند -برای مثال به‌حرکت درآوردن چشم‌ها درون حدقه یا حرکت سر روی گردن به اطراف.

اما چهار تا از عصب‌های جمجمه‌ای دهه‌هاست که دانشجویان پزشکی را به دردسر انداخته‌اند؛ البته این دردسر، علت قانع‌کننده‌ای هم دارد. عملکرد این چهار عصب بسیار پیچیده است و برای انجام وظیفه مسیر پیچ‌درپیچی را در سر دنبال می‌کنند؛ عصب سه‌قلو و عصب صورت، شایسته‌ی توجه ویژه‌ای هستند. هر دو از مغز خارج می‌شوند و به شبکه‌ی گیج‌کننده‌ای از انشعابات تفکیک می‌شوند؛ بسیار شبیه شبکه‌ی سیم‌های داخل تلویزیون و رادیو. یک انشعاب از عصب سه‌قلو یا صورت، هم اطلاعات مربوط به احساس و هم اطلاعات مرتبط با حرکت را منتقل می‌کند. رشته‌های مجزا و منفرد اعصاب حسی و حرکتی که از بخش‌های مختلفی در مغز منشأ می‌گیرند، در رشته‌ی اصلی یکی می‌شوند (آن‌چه که نهایتاً ما به آن‌ها عصب سه‌قلو یا عصب صورت می‌گوییم) سپس دوباره تفکیک می‌شوند و انشعاباتی را به همه‌ی سر می‌فرستند.

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

@Chekide_ha

وظایف عصب سه‌قلو

انشعاب‌های عصب سه‌قلو، دو وظیفه‌ی اصلی به عهده دارند: ماهیچه‌ها را کنترل می‌کنند و اطلاعات حسی را از بیش‌تر قسمت‌های صورت به مغز بازمی‌گردانند. ماهیچه‌های کنترل‌شونده با عصب سه‌قلو، شامل ماهیچه‌های مسئول جویدن و ماهیچه‌های کوچک در اعماق گوش‌اند. هم‌چنین، عصب سه‌قلو، عصب اصلی برای حس در صورت است. علت این‌که ضربه به صورت، بیش از احساس دردی ساده ایجاد می‌کند همین است که عصب سه‌قلو اطلاعات حسی را از پوست صورت به مغز می‌رساند.

هم‌چنین، دندان‌پزشک شما انشعابات عصب سه‌قلوی شما را به‌خوبی می‌شناسد. انشعابات گوناگونی به ریشه‌ی دندان‌ها می‌رود؛ آمپول بی‌حسی دندان که در امتداد یکی از این انشعابات زده می‌شود، قسمت‌های مختلفی از ردیف دندان‌های ما را بی‌حس می‌کند.

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

@Chekide_ha

وظایف عصب صورت

عصب صورت، ماهیچه‌ها را کنترل و اطلاعات حسی را تقویت می‌کند. این عصب، همان‌طور که از نام آن پیداست، عصب اصلی برای کنترل ماهیچه‌های حالت‌دهنده‌ی صورت است. ما از این ماهیچه‌های کوچک برای لبخندزدن، اخم‌کردن، بالا و پایین بردن ابروها، حرکت‌دادن پره‌های بینی و کارهای بسیار دیگری استفاده می‌کنیم. آن‌ها نام‌های جالبی دارند. یکی از ماهیچه‌های اصلی که ما برای اخم‌کردن از آن استفاده می‌کنیم -همان ماهیچه‌ای که گوشه‌ی دهان‌مان را پایین می‌آورد- به ماهیچه‌ی پایین‌آورنده‌ی گوشه‌ی لب موسوم است. نام جالب دیگر، به ماهیچه‌ای تعلق دارد که ما در حین نگرانی، به کمکش پیشانی‌مان را چین‌دار می‌کنیم، تعلق دارد. به آن ماهیچه‌ی اخم یا چین‌دهنده‌ی بالای ابرو می‌گویند. پره‌های بینی خود را تکان بدهید: شما از نازالیس (Nasalis) خود استفاده کردید.

هر یک از این ماهیچه‌ها را مشابه بسیاری دیگر از ماهیچه‌های حالت‌دهنده‌ی صورت، انشعاباتی از عصب صورت کنترل می‌کنند. حالاتی از قبیل لبخند نافرم یا پلک‌های افسرده‌ی افتاده، نشان از اشکالی در این عصب در طرفی از صورت فرد است.

شما احتمالاً الان متوجه می‌شوید که چرا شب امتحان پایان‌ترم تا دیرهنگام بیدار ماندم و به مطالعه‌ی آن عصب‌ها پرداختم. هیچ‌چیز در مورد آن به‌نظر قابل درک نمی‌آمد. برای مثال، هم عصب‌های صورت و هم سه‌قلو انشعابات بسیار کوچکی به ماهیچه‌های درون گوش‌مان ارسال می‌کنند. چرا دو عصب مختلف که قسمت‌های کاملاً متفاوت از صورت و گوش را تحریک می‌کنند، انشعاباتی را به ماهیچه‌های گوش که در همسایگی هم‌اند، ارسال می‌کنند؟ حتی گیج‌کننده‌تر، عصب سه‌قلو و صورت، انشعاباتی را به‌صورت و آرواره‌ی ما می‌فرستند و در این بین یکدیگر را هم قطع می‌کنند. چرا؟ با چنین عملکردهای عجیب و مسیرهای پیچ‌درپیچ، به‌نظر می‌رسد نظم و منطقی در ساختارشان وجود نداشته باشد؛ عجیب‌تر این‌که این اعصاب چگونه با صفحات استخوانی، ساختارهای نگه‌دارنده‌ی مغز و میله‌هایی که جمجمه‌ی ما را تشکیل می‌دهند پیوند یافته‌اند؟!

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

@Chekide_ha

تشابه دیوار و سر؛ هر دو تاریخچه‌ای از وقایع متوالی را نشان می‌دهند.

در حین تفکر راجع‌به این عصب‌ها، اولین روزهایم در شیکاگو در سال ۲۰۰۱ را به‌خاطر آوردم. مکانی به‌عنوان آزمایشگاه تحقیقاتی، در ساختمانی به قدمت صد سال در اختیارم گذاشته شد، درحالی‌که آن‌جا نیاز به سیم‌کشی، لوله‌کشی و سیستم تهویه‌ی جدید داشت. به یاد می‌آورم روزی که پیمانکاران دیوار را شکافتند تا به‌قسمت‌های داخلی دسترسی یابند: واکنش آن‌ها نسبت به لوله‌کشی و سیم‌کشی داخل دیوار بسیار شبیه به واکنش من هنگام تشریح سر یک انسان، هنگامی‌که برای نخستین‌بار عصب‌های صورت و سه‌قلو را دیدم، بود! سیم‌ها، کابل‌ها و لوله‌های درون دیوارها شلوغ و درهم‌تنیده بودند. هیچ عقل سلیمی نباید این طراحی را با کابل‌ها و لوله‌هایی که حلقه‌ها و پیچ‌های عجیبی دارند و در سراسر ساختمان امتداد یافته‌اند، طراحی کرده باشد!

نکته‌ی اصلی دقیقاً همین جاست. ساختمان محل آزمایشگاه من در سال ۱۸۹۶ ساخته شده و تأسیسات ساختمانی آن بازتابی از طرحی قدیمی بود که بارها بهینه‌سازی و اصلاح شده بود. اگر شما می‌خواهید سیم‌کشی و لوله‌کشی آن ساختمان را تصور کنید، باید تاریخچه‌ی آن را بدانید و این‌که چگونه برای هر نسل تازه‌ای از پژوهشگران بازسازی شده است. هم‌چنین، سر هم تاریخچه‌ای طولانی دارد و این تاریخچه پیچیدگی‌های عصب‌هایی نظیر صورت و سه‌قلو را توضیح می‌دهد.

داستان این تاریخچه برای ما با بررسی تخم‌های لقاح‌یافته آغاز می‌شود.

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

@Chekide_ha

تکوین سر در جنین انسان

زندگی هیچ موجودی با پیدایش سر آغاز نشده است. اسپرم و تخمک با هم ترکیب می‌شوند تا سلولی منفرد بسازند. به‌فاصله‌ی سه هفته پس از زمان تلقیح، یک سلول منفرد به یک توده‌ی سلولی تبدیل می‌شود، سپس سلول‌ها منظره‌ای شبیه کندوی زنبور پیدا می‌کنند. در ادامه به چیز مبهم لوله‌مانندی مبدل می‌شوند که شامل انواع گوناگونی از بافت‌ها است. در خلال بیست‌وسومین و بیست‌وهشتمین روز پس از لقاح، انتهای جلویی لوله ضخیم می‌شود و در بالای تنه، چین‌خوردگی پیدا می‌کند؛ به‌این‌ترتیب، به‌نظر می‌رسد که جنین در رحم در موقعیت طبیعی قرار گرفته است. در این مرحله، سر شبیه کره‌ای بزرگ است. شکل‌گیری این کره، کلید اساسی در شکل‌گیری و سازماندهی اولیه‌ی آن است.

چهار برآمدگی بسیار کوچک در اطراف قسمتی که قرار است گلو باشد، رشد می‌کند. حدوداً در طول هفته‌ی سوم، ما شاهد دوتای اول هستیم؛ دوتای دیگر هم چهار روز بعد پدیدار می‌شوند. هر برآمدگی در سطح کاملاً کوچک به‌نظر می‌رسد: حبابی ساده که از برآمدگی کناری‌اش با یک چین‌خورگی جزئی جدا شده است. وقتی شما آن‌چه را که درباره‌ی حباب‌ها و چین‌خوردگی‌ها روی می‌دهد دنبال می‌کنید، متوجه نظم و زیبایی سر، از جمله عصب‌های سه‌قلو و صورت می‌شوید.

برخی سلول‌های درون هر حباب که به کمان‌ها موسوم‌اند، بافت استخوانی و بقیه‌ی ماهیچه‌ها و رگ‌های خونی را شکل خواهند داد. ترکیب پیچیده‌ای از سلول‌ها درون هر کمان وجود دارد: برخی سلول‌ها دقیقاً همان‌جا تقسیم می‌شوند، درحالی‌که بقیه مسیر طولانی را برای ورود به کمان طی می‌کنند. وقتی‌که سلول‌های درون هر کمان را بر حسب این‌که در هنگام بلوغ به چه چیزی تبدیل می‌شوند شناسایی می‌کنیم، کم‌کم مسائل شروع به روشن‌شدن می‌کنند.

درنهایت، بافت‌های کمانی اول، فک بالایی و پایینی، دو استخوان کوچک گوش (چکشی و سندانی) و همه‌ی رگ‌ها و ماهیچه‌هایی را که آن‌ها را تغذیه می‌کنند شکل می‌دهد. دومین کمان، سومین استخوان کوچک گوش (استخوان رکابی)، یک استخوان کوچک حلق و بیش‌تر ماهیچه‌هایی را که حالات چهره را کنترل می‌کنند تشکیل می‌دهد و سومین کمان، استخوان‌ها، ماهیچه‌ها و عصب‌های عمیق‌تر در گلو را می‌سازد که ما از آن‌ها برای بلعیدن استفاده می‌کنیم. سرانجام، چهارمین کمان، عمیق‌ترین قسمت حلق ما را ایجاد می‌کند که شامل بخش‌هایی از حنجره‌ی ماهیچه‌ها و رگ‌هایی می‌شود که در اطرافش هستند و به عملکرد آن کمک می‌کنند.

اگر شما خود را به‌اندازه‌ی سر یک سوزن کوچک می‌کردید و به درون دهان جنین در حال تکوین سفر می‌کردید، می‌توانستید چهار دندانه را ببینید که با هریک از برآمدگی‌ها معادل‌اند. همانند کمان‌های خارجی، سلول‌های روی این دندانه‌ها ساختارهای مهمی را شکل می‌دهند. یکی از این چهار دندانه طویل می‌شوند و درنتیجه، شیپور استاش و تعداد دیگری از ساختارهای درون گوش را تشکیل می‌دهد. دومین دندانه حفره‌ای ایجاد می‌کند که لوزه‌های ما را در خود جای می‌دهد. سومین و چهارمین آن‌ها مسئول تشکیل غدد مهمی مثل پاراتیروئید، تیموس و تیروئید هستند.

آن‌چه که من به شما نشان دادم یکی از شگردهای مهم برای درک پیچیده‌‌ترین‌های مسائل جمجمه‌ای و بخش عمده‌ی سر است.

اگر ما کمان‌های آبششی را از دوران جنینی تا بلوغ دنبال کنیم، در حقیقت می‌توانیم منشأ فک، گوش‌ها، حنجره و گلو را تعقیب کنیم. استخوان‌ها، ماهیچه‌ها، عصب‌ها و رگ‌ها همه درون این کمان آبششی تکوین می‌یابند.

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

@Chekide_ha

علت انشعابات پیچیده‌ی عصب سه‌قلو و عصب صورت

وقتی به عصب سه‌قلو فکر می‌کنید، به نخستین کمان فکر کرده‌اید. عصب صورت، دومین کمان است. علت این‌که عصب سه‌قلو هم به فک‌ها و هم به گوش‌ها رفته این است که تمام ساختارهایی که این عصب آن‌ها را پشتیبانی می‌کند در اصل در کمان اول تکوین یافته‌اند. همین موضوع در رابطه با عصب صورت و کمان دوم صدق می‌کند. چه عمل مشترکی بین ماهیچه‌های حالت‌دهنده‌ی چهره با ماهیچه‌های درون گوش وجود دارد که عصب صورت آن را پشتیبانی می‌کند؟ این‌ها همه مشتقات کمان دوم هستند. با نگاهی به عصب‌های کمان‌های سوم و چهارم متوجه می‌شویم مسیرهای پیچیده‌ی همه‌ی آن‌ها به این حقیقت مربوط می‌شود که آن‌ها ساختارهایی را که از کمان‌های مربوط به خودشان به‌وجود می‌آیند را کنترل می‌کنند. در میان عصب‌های کمان سوم و چهارم، عصب زبانی-حلقی و عصب ریوی-معدی از الگوی مشابهی پیروی می‌کنند؛ به‌طوری‌که هریک به ساختارهایی می‌روند که از کمان مرتبط با خودشان تکوین یافته‌اند.

این طرح و الگو بنیادی سر، به ما کمک می‌کند تا یکی از تئوری‌های غیرواقعی و مشکوک در آناتومی را درک کنیم. داستان این‌گونه است که سال ۱۸۲۰ هنگامی‌که یوهان گوته (Johann Goethe) در گورستان یهودی ونیز قدم می‌زد، ناگهان متوجه اسکلت متلاشی‌شده‌ی یک قوچ شد. مهره‌های حیوان به‌وضوح دیده می‌شدند و در بالای آن‌ها جمجمه‌ای آسیب‌دیده قرار داشت، گوته در چشم‌برهم‌زدنی با دیدن شکستگی‌های جمجمه، آن را شبیه به ستون مهره‌ای آشفته و درهم تصور کرد. پس از آن، او به طرح مهمی اشاره کرد: سر، از مهره‌هایی که با یکدیگر ادغام شده و برای نگه‌داشتن سر و اندام‌های حسی ما تغییر یافته‌اند تشکیل شده است. این نگرش، طرز فکری انقلابی بود، زیرا سر و بدن را دو نسخه‌ی متفاوت از یک طرح بنیادین می‌دانست. این اندیشه در اوایل قرن نوزدهم بسیار رایج شد؛ زیرا از آن زمان به بعد بقیه‌ی افراد که در میان آن‌ها می‌توان به لورنس اوکن (Lorenz Oken) اشاره کرد، نیز اندیشه‌ی یکسانی در موضوعات مشابه داشتند.

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

@Chekide_ha

پیکربندی قطعه‌قطعه‌ی بدن انسان

گوته و اوکن هر دو به گنج باارزشی رسیده بودند، گرچه در آن دوران متوجه آن نشدند. بدن ما بخش‌بندی شده و این الگو در ستون فقرات ما به‌وضوح دیده می‌شود. هریک از مهره‌های ستون فقرات واحدهایی‌اند که قسمتی از بدن ما را نمایش می‌دهند. سازماندهی دستگاه عصبی ما نیز بخش‌بندی است و شباهت بسیاری با الگوی مهره‌ها دارد. رشته‌های عصبی برای پشتیبانی بدن از نخاع خارج می‌شوند.

این پیکربندی قطعه‌قطعه، هنگامی‌که شما به سطوح مختلف نخاع که با هریک از بخش‌های بدن در ارتباط است نگاه می‌کنید، کاملاً واضح است. برای نمونه، ماهیچه‌های پاهای ما را عصب‌های موجود در قسمت‌های پایین‌تر طناب عصبی هدایت و تأمین می‌کنند، درحالی‌که عصب‌های پشتیبان دست‌های ما در قسمت‌های بالاتر آن قرار دارند. ممکن است سر این‌طور به‌نظر نرسد اما آن نیز واجد طرح قطعه‌قطعه‌ی بسیار عمیقی است! کمان‌های ما قطعات و بخش‌های استخوان‌ها، ماهیچه‌ها، رگ‌ها و عصب‌ها را تعیین می‌کند. اگر به انسان بالغ نگاه کنید، این طرح را نخواهید دید. فقط در جنین شاهد آن هستیم.

جمجمه‌ی ما همه‌ی شواهد مبتنی بر قطعه‌قطعه‌بودن خود را هنگام گذر از مرحله‌ی جنینی به بلوغ از دست می‌دهد. استخوان‌های صفحه‌مانند جمجمه‌ی ما که توسط کمان‌های آبششی، ماهیچه‌ها، عصب‌ها و رگ‌هایی ویژه شکل گرفته و تمام آن‌ها طرح قطعه‌بندی ساده‌تری در مراحل اولیه داشته‌اند برای ساخت سر دوران بلوغ ما از نو طراحی شده‌اند.

داشتن اطلاعاتی درباره‌ی تکوین، در پیش‌بینی محل نقص در کودکانی که با مشکلات مادرزادی معینی به‌دنیا می‌آیند کمک می‌کند. برای نمونه، کودکانی که با سندروم کمان اول متولد می‌شوند، دارای فکی بسیار کوچک و گوش‌هایی بدون عملکرد صحیح -فاقد استخوان چکشی و سندانی- هستند. در اصل، قطعات گم‌شده، ساختارهایی‌اند که معمولاً از کمان اول به‌وجود می‌آیند.

کمان‌ها نقشه‌ی راهنما برای بخش قابل‌توجهی از قسمت اصلی جمجمه‌اند؛ از پیچیده‌ترین عصب‌های جمجمه‌ای گرفته تا ماهیچه‌ها، رگ‌ها استخوان‌ها و غدد درونی‌مان. کمان‌ها هم‌چنین برای موارد دیگری نیز راهنما هستند: پیوند عمیق ما با کوسه‌ها!

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

@Chekide_ha

کوسه‌ی درونی ما
شباهت کمان‌های سر ما و شکاف آبششی ماهی‌ها و کوسه‌ها

لطیفه‌ی خیلی مشهوری درباره‌ی وکلا وجود دارد که می‌گوید آن‌ها نوع خاصی از کوسه‌های بسیار گرسنه‌اند! حین تدریس دوره‌ی جنین‌شناسی، هنگام شنیدن یکی از همین جک‌های رایج تکراری، به یاد آوردم که این لطیفه شامل همه‌ی ما می‌شود. ما همه کوسه‌های اصلاح‌شده هستیم؛ یا بامزه‌تر از آن، یک وکیل درون هر یک از ما وجود دارد!

همان‌طوری‌که شاهد بودیم، بیش‌تر اسرار درون سر، در کمان‌ها واقع است؛ فرورفتگی‌هایی که به‌نوعی نقشه‌ی راهنمای اعصاب پیچیده‌ی جمجمه‌ای و کلید ساختارهای درونی سر به‌شمار می‌روند. این برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌های به‌نظر ناچیز، تخیلات آناتومیست‌ها را ۱۵۰ سال اسیر خود کرده بود، چراکه بسیار شبیه شکاف آبششی نواحی گلو در ماهی‌ها و کوسه‌ها هستند.

جنین ماهی‌ها نیز چنین برآمدگی‌ها و فرورفتگی‌هایی دارند. در ماهی‌ها فرورفتگی‌ها نهایتاً باز می‌شوند تا فضای بین آبشش‌ها را همان قسمتی که آب در آن‌جا جریان دارد بسازند. در ما این فرورفتگی‌ها مسدود می‌شوند. در موارد غیرعادی، شکاف آبششی نمی‌تواند بسته شود و باز باقی می‌ماند؛ درست مانند یک کیف یا کیسه‌ی کوچک، به‌عنوان مثال، کیسه‌ی تنفسی، اغلب کیسه‌ای بی‌خطر مملو از آب است که در کیسه‌ی گشادی درون گردن شکل می‌گیرد؛ این کیسه به‌علت نقص کمان سوم یا چهارم در بسته‌شدن به‌وجود آمده است. به‌ندرت، کودکانی با بقایای قابل مشاهده‌ی یک کمان آبششی غضروفی باستانی به‌دنیا می‌آیند! میله‌ی کوچکی که نشان‌دهنده‌ی میله‌ای آبششی از کمان سوم است. در چنین مواقعی همکاران جراح من روی یک ماهی درونی جراحی می‌کنند که متأسفانه بازگشته است که ما را گاز بگیرد!... بیشتر بخوانید

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

@Chekide_ha

ژن‌های کمان آبششی

در طول سه هفته‌ی اول پس از لقاح تخمک و تشکیل تخم، همه‌ی ژن‌ها در کمان‌های ششی و همه‌ی بافت‌هایی که در آینده‌ی مغز ما خواهند شد، روشن و خاموش می‌شوند. این ژن‌ها، سلول‌ها را به‌سمت ساخت قسمت‌های مختلفی از سر ما سوق می‌دهند. فکر می‌کنم هر منطقه از سر ما دست‌آورد یک آدرس ژنتیکی ویژه است که آن را متمایز می‌سازد. تغییر و دست‌کاری این آدرس‌های ژنتیکی ما را قادر می‌کند انواع ساختارهایی که در آن‌جا تکوین می‌یابند را دستکاری کنیم.

به‌عنوان مثال، ژنی معروف به اُ تی ایکس (Otx) در منطقه‌ی جلویی جایی‌که نخستین کمان آبششی شکل می‌گیرد فعال است. پشت آن به‌سمت پشت سر، شماری از ژن‌های موسوم به هاکس فعالند. هر کمان آبششی ترکیب متفاوتی از ژن فعال هاکس (Hox) را در خود دارد. با این اطلاعات می‌توانیم نقشه‌ی ژنتیکی کمان‌های آبششی‌مان و ترکیب ژن‌های فعال در ساخت هر یک را بدانیم.

حالا می‌توانیم آزمایش‌های جالبی انجام بدهیم: آدرس ژنتیکی یک کمان آبششی را به دیگری تغییر بدهیم. جنین قورباغه‌ای را بردارید، برخی ژن‌ها را خاموش کنید، سیگنال‌های ژنتیکی اولین و دومین کمان را مشابه یکدیگر کنید؛ درنهایت، به قورباغه‌ای با دو آرواره دست خواهید یافت. آرواره‌ی پایینی در محل استخوان لامی تکوین می‌یابد. این عمل نشان‌دهنده‌ی قدرت آدرس‌های ژنتیکی در ساختن کمان‌های آبششی ما است. آدرس را عوض کنید؛ این عمل منجر به تغییر ساختارهایی در کمان خواهد شد. قدرت این رویکرد این است که حالا ما قادریم آزمایش‌هایی را روی طرح اولیه انجام بدهیم: می‌توانیم با تغییر در فعالیت ژن‌های درونی ماهیت کمان‌های آبششی را دستکاری ژنتیکی کنیم.

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

@Chekide_ha

ردیابی سر: از موجودات شگفت‌انگیز بدون سر تا اجداد دارای سر ما
چرا آمفیوکسوس؟!

چرا روی قورباغه‌ها و کوسه‌ماهی‌ها مکث کردیم؟ چرا مقایسه‌ی خود را به جانوران دیگر مثل حشرات و کرم‌ها بسط ندادیم؟ حتی سؤال اساسی‌تر این‌که چرا ما این کار را روی جانورانی که جمجمه و به تبع آن عصب‌های جمجمه‌ای ندارند انجام نمی‌دهیم؟ در اصل هیچ‌یک از آن‌ها حتی استخوان هم ندارند. هنگامی‌که بررسی ماهی‌ها را رها می‌کنیم تا به بررسی کرم‌ها بپردازیم، به دنیای جانوران بسیار نرم و بدون سر می‌رسیم. هرچند اگر با دقت آن‌ها را نظاره کنیم، تکه‌هایی از خودمان، درون همین موجودات هم واقع شده است!

بعضی از ما اساتید که به دانشجویان دوره‌ی لیسانس آناتومی مقایسه‌ای تدریس می‌کنیم، معمولاً درس را با نمایش اسلایدهایی از آمفیوکسوس (Amphioxus) آغاز می‌کنیم. هر سپتامبر صدها اسلاید آمفیوکسوس روی صفحه‌ی نمایش‌ها در سالن‌های سخنرانی در دانشگاه‌هایی از ایالت مین گرفته تا کالیفرنیا به‌نمایش گذاشته می‌شوند. اما چرا؟ دسته‌بندی ساده‌ی جانوران به مهره‌داران و بی‌مهرگان را به‌خاطر می‌آورید!

آمفیوکسوس یک کرم است؛ یک بی‌مهره که در بسیاری از خصوصیات با جانوران دارای ستون فقرات، از قبیل ماهی‌ها، دوزیستان و پستانداران مشترک است. آمفیوکسوس ستون فقرات ندارد اما مشابه بسیاری از جانوران دارای ستون فقرات یک طناب عصبی در امتداد پشت خود دارد. به‌علاوه، میله‌ای که در امتداد بدن جانور است به موازات طناب عصبی آن کشیده شده.

به این میله نوتوکورد (Notochord) می‌گویند که با ماده‌ای ژلاتین‌مانندی پر شده است و موجب پشتیبانی و استحکام بدن می‌شود. به‌همان میزان شاهد نوتوکورد در جنین انسان نیز هستیم. اما برخلاف غضروف آمفیوکسوس، غضروف ما تفکیک می‌شود و نهایتاً بخشی از دیسک‌های مابین مهره‌ها می‌شود. فشار واردشده به عصب‌ها یا یک مهره -به‌علت انجام حرکتی بیش از توان- می‌تواند دیسک و ماده‌ای ژلاتینی را که زمانی نوتوکورد بوده آشکارا دچار عارضه و درنهایت، گسیختگی و قطع کند. وقتی دیسک ما آسیب می‌بیند، قسمت بسیار کهنی از طرح بدن ما صدمه دیده است.

آمفیوکسوس در میان کرم‌ها منحصربه‌فرد نیست. یکی دیگر از بهترین نمونه‌ها کرمی موسوم به هایکولا (Haikoulla) است که هرچند امروزه دیگر در اقیانوس‌ها وجود ندارد اما می‌توان فسیل آن را در صخره‌های کهن چین و کانادا پیدا کرد. این کرم‌های ریز، در رسوباتی با عمر بیش از ۵۰۰ میلیون سال یافت شده‌اند، درحالی‌که فاقد سر، مغزهای پیچیده یا عصب‌های جمجمه‌ای هستند. ممکن است که این کرم‌ها خیلی به‌چشم نیایند. آن‌ها در صخره‌ها همچون لکه‌های کوچکی به‌نظر می‌رسند اما سالم باقی‌ماندن این فسیل‌ها باورنکردنی است. هنگامی‌که با میکروسکوپ به این فسیل‌ها نگاهی می‌کنید، اثر محافظت‌شده‌ی زیبایی را می‌بینید که آناتومی نرمش را با جزئیات خوبی در بعضی موارد حتی با آثاری از پوست، نشان می‌دهد.

آن‌ها هم‌چنین چیز شگفت‌انگیز دیگری هم نشان می‌دهند. این کرم‌ها نخستین جانوران با نوتوکورد و طناب‌های عصبی‌اند. این کرم‌ها، اطلاعاتی درباره‌ی منشأ قسمت‌هایی از بدن‌مان را در اختیار ما می‌گذارند.

اما چیز دیگری وجود دارد که ما با این کرم‌های کوچک در آن سهیم هستیم: کمان‌های آبششی. به‌عنوان نمونه، آمفیوکسوس دارای تعداد زیادی از آن‌ها است و به‌همراه هر کمان، نوار غضروفی کوچک هم وجود دارد. نظیر غضروف‌هایی که آرواره‌ها، استخوان‌های گوش و قسمت‌هایی از حنجره‌ی ما را شکل داده‌اند، این نوارها شکاف برانشی را پشتیبانی می‌کنند. وجود و مبنای ساختاری سر ما به کرم‌ها و ارگانیسم‌هایی بازمی‌گردد که حتی سر نداشته‌اند!

آمفیوکسوس با کمان‌های آبششی چه می‌کرده است؟ آب را از میان آن‌ها تلمبه می‌کرده تا به‌آرامی تکه‌های کوچک طعمه‌ی خود را تصفیه کند. ساختار پایه‌ی سر ما از ساختارهایی بسیار بدوی و پست پیدایش یافته‌اند. درست مانند دندان‌ها، ژن‌ها و اندام‌های حرکتی که اصلاح شدند و وظایف آن‌ها برای استفاده‌های متنوع طی دوران مختلف تغییر کاربری یافتند، ساختار سر نیز مشمول این تغییر و بهینه‌سازی شده است.

نزدیک‌ترین خویشاوند به جانوران دارای سر، کرم‌هایی با شکاف‌های برانشی هستند. شکل، یک آمفیوکسوس و یک فسیل بازسازی‌شده از کرم هایکولا را که بیش از ۵۳۰ میلیون سال قدمت دارد، نشان می‌دهد. هر دو کرم دارای نوتوکورد، یک طناب عصبی و شکاف‌های برانشی هستند. فسیل کرم از میان بیش از ۳۰۰ نمونه‌ی مجزای یافته‌شده از جنوب چین شناخته شد.

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

@Chekide_ha

نقشه‌های به‌خوبی چیده‌شده (بدن)

بدن ما بسته‌ای متشکل از دو تریلیون سلول است که به‌شکل بسیار دقیقی کنار یکدیگر جفت‌وجور شده‌اند. سلول‌ها و اندام‌های بدن سه‌بعدی ما در محل‌های مناسب‌شان قرار گرفته‌اند. سر در بالاست، طناب نخاعی در امتداد پشت، دل و روده و احشا درون قسمت شکمی جا دارند و دست‌ها و پاها در پهلوها قرار می‌گیرند. این معماری اصلی، وجه تمایز بین ما و جانوران بدوی است که به‌صورت توده‌های سلولی سازمان یافته‌اند.

همین طرح و ساختار بدنی در جانوران دیگر نیز مشاهده می‌شود؛ مثل ماهی‌ها، سوسمارها و گاوها با بدن‌هایی که از سمت جلو-عقب، بالا-پایین و چپ-راست متقارن‌اند. همگی آن‌ها در ابتدای جلویی بدن (متناظر با بالای سر انسان) سر دارند که درون آن اندام‌های حسی و مغز قرار گرفته است. آن‌ها طناب نخاعی دارند که در پشت بدن امتداد یافته است. هم‌چنین مشابه ما، مقعد دارند که در انتهای بدن درست در سمت مخالف دهان قرار دارد.

سر در ابتدای جلویی، در راستایی که آن‌ها معمولاً شنا می‌کنند یا راه می‌روند قرار دارد. همان‌طور که می‌توانید تصور کنید، طرح «مقعد جلوی بدن» نمی‌توانست کارایی خوبی داشته باشد، به‌ویژه، در جانوران آب‌زی. هم‌چنین این نوع طرح بدنی در موقعیت‌های اجتماعی هم مسئله‌ساز می‌شد!

یافتن طرح اصلی بدن ما در جانوران بسیار ابتدایی، همچون عروس‌دریایی (Jellyfish)، دشوارتر است. عروس‌دریایی طرح بدنی متفاوتی دارد: سلول‌های آن، بدون جلو و پشت، سر و دم، پهلوی چپ و راست، درون صفحاتی که بالا و پایین دارند سازمان یافته‌اند. ساختار بدنی عروس‌دریایی بسیار متفاوت از بدن ما به‌نظر می‌رسد. با این تفاسیر، دیگر به‌هیچ‌وجه تلاش نکنید ساختار بدن خود را با یک اسفنج مقایسه کنید. البته شما برای این تلاش مختارید اما واقعیتی که برای درک آن کوشش کرده‌اید ممکن است بیش‌تر به جنبه‌های روان‌پزشکی اسفنج برسد تا جنبه‌ی کالبدشناسانه‌ی آن!

برای مقایسه‌ی صحیح بین خودمان و این جانوران ابتدایی، نیاز به ابزارهایی داریم. درست مشابه سر و اندام‌های حرکتی، تاریخچه‌ی (تکاملی) ما در نحوه‌ی رشد و تکوین از سلول تخم به فردی بالغ پنهان شده است. جنین‌ها درون خود سرنخ‌هایی درباره‌ی برخی از عمیق‌ترین رازهای زندگی دارند. آن‌ها هم‌چنین توانایی نقش‌برآب‌کردن همه‌ی نقشه‌های من را دارند!

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

@Chekide_ha

مراحل تکوین جانوران؛ نقطه‌ی تشابه انکارناپذیر

مشاهده‌ی فرایند تکوین، سبب وقوع دگرگونی بزرگی در من شد. رشد و تمایز از یک جنین به این سادگی -توده‌های کوچکی از سلول‌ها- شروع می‌شود و درنهایت، به‌طور شگفت‌انگیزی منجر به تشکیل پرنده، قورباغه یا قزل‌آلای پیچیده با تریلیون‌ها سلول مرتب‌شده، درست در صحیح‌ترین شکل ممکن، می‌شود. اما نکته‌ی جالب‌توجه دیگری هم وجود داشت؛ جنین‌های ماهی‌ها، دوزیستان و پرندگان به هیچ‌چیز که تابه‌حال در زیست‌شناسی دیده بودم، شباهت نداشتند! همه‌ی آن‌ها عموماً به این شکل بودند: سری با کمان آبششی داشتند؛ همه‌ی آن‌ها مغز کوچکی داشتند که تکوین خود را با سه برجستگی آغاز می‌کرد؛

مطالعه‌ی اندام‌های حرکتی آن‌ها به‌کار تحقیقاتی من تبدیل شد و تمرکز من در سه سال بعدی روی آن‌ها بود. بر این اساس، از مقایسه‌ی چگونگی تکوین اسکلت پرندگان، سمندرها، قورباغه‌ها و لاک‌پشت‌ها دریافتم که اندام‌های حرکتی متفاوتی از قبیل بال پرندگان و پای قورباغه‌ها در مراحل تکوین خود بسیار شبیه به‌هم هستند. در مشاهده‌ی این جنین‌ها متوجه یک معماری مشترک شدم. گونه‌ها در هنگام بلوغ کاملاً متفاوت به‌نظر می‌آیند، درحالی‌که همه‌ی آن‌ها عموماً از نقطه‌ای یکسان آغاز شده‌اند. با بررسی و مشاهده‌ی جنین‌ها، مشخص می‌شود که تفاوت میان پستانداران، پرندگان، دوزیستان و ماهی‌ها در مقایسه با شباهت‌های بنیادین‌شان آشکارا رنگ می‌بازد.

به‌این‌ترتیب بود، که من کار کارل ارنست فن‌بائر (Karl Ernst von Baer) را فراگرفتم.

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

@Chekide_ha

کشف لایه‌های سه‌گانه‌ی جنینی و عملکرد یکسان آن‌ها در تکوین همه‌ی جانوران

در قرن نوزدهم، بعضی از فیلسوفان طبیعی در تلاش برای یافتن طرح مشترک حیات روی کره‌ی زمین به بررسی جنین‌ها پرداختند. در میان این مشاهده‌گران، کارل ارنست فن‌بائر برترین بود. او در خانواده‌ای اصیل متولد شده بود و در ابتدا شروع به آموختن پزشکی کرد. استاد فن‌بائر به او پیشنهاد کرد که به مطالعه‌ی رشد و نمو پرندگان بپردازد و برای درک چگونگی تکوین اندام آن‌ها تلاش کند. متأسفانه او موفق به تهیه‌ی دستگاه انکوباتور یا حتی تعداد زیادی تخم‌مرغ نشد تا بتواند آن‌ها را مطالعه و آزمایش کند و این موضوع خیلی امیدوار‌کننده نبود. اما خوشبختانه او دوست ثروتمندی به نام خریستین پاندر (Christian Pander) داشت که می‌توانست حمایت مالی این آزمایش‌ها را برعهده بگیرد.

همان‌طور که آن‌ها جنین‌های متعدد را بررسی می‌کردند، به موضوع بنیادینی دست یافتند: رد همه‌ی اندام‌ها در پرنده می‌تواند به یکی از سه لایه از بافت جنین در حال تکوین برسد. این سه لایه را لایه‌های بنیادی زایشی می‌شناسیم. آن‌ها تقریباً به‌موقعیت افسانه‌ای دست یافتند که حتی تا امروز آن را حفظ کرده‌اند. سه لایه‌ی پاندر این ایده را به فن‌بائر داد که سؤالات مهمی بپرسد. آیا این الگو در همه‌ی جانوران دیگر نیز وجود دارد؟ آیا قلب و شش و ماهیچه‌های همه‌ی جانوران از این سه لایه مشتق شده‌اند و مهم‌تر از همه این‌که آیا لایه‌های مشابه، در جانوران متفاوت، اندام‌های مشابهی به‌وجود می‌آورند؟

فن‌بائر، سه لایه‌ی پاندر در جنین پرنده را با هر موجود دیگری که به‌دستش می‌رسید، مثل ماهی‌ها، دوزیستان و پستانداران مقایسه کرد. بله، اندام‌های همه‌ی جانوران از یکی از این سه لایه منشأ گرفته‌اند. مشخصاً، این سه لایه در هر گونه‌ای ساختارهای مشابهی ایجاد می‌کنند. قلب در همه‌ی گونه‌های از جانوران از یک لایه‌ی مشابه به‌وجود می‌آید. لایه‌ی دیگر منجر به ایجاد و رشد مغز در همه‌ی جانوران می‌شود و در مورد بقیه‌ی اندام‌ها نیز به‌همین منوال. صرف‌نظر از این‌که گونه‌های مختلف جانوران در هنگام بلوغ تا چه اندازه متفاوت از یکدیگر به‌نظر می‌رسند، در دوران جنینی، همگی آن‌ها مراحل یکسانی از تمایز و تکوین را پشت‌سر می‌گذارند.

برای قدردانی تمام‌عیار از اهمیت این کار لازم است دوباره سه هفته‌ی ابتدایی دوران جنینی انسان را مرور کنیم!

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

@Chekide_ha