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

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