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

خواص میکروسکوپی غضروف

غضروف بافت دیگری در اسکلت ما است که تقریباً رفتاری متفاوت از خود نشان می‌دهد. هنگام دویدن آهسته، این غضروفِ درون مفاصل ما است که سطوح همواری فراهم می‌آورد تا استخوان‌ها در مجاورت یکدیگر به نرمی حرکت کنند. غضروف بسیار نرم‌تر از استخوان و با انعطافی که دارد هنگام فشار می‌تواند خم شود. حرکت مفاصل زانو، مشابه بیش‌تر مفاصل بدن ما که در فعالیت‌های روزمره‌ی زندگی از آن‌ها استفاده می‌کنیم به میزان نرمی غضروف آن بستگی دارد. وقتی‌که یک غضروف سالم متراکم می‌شود، درست مثل اسفنج به‌شکل اصلی خود بازمی‌گردد. در طول هر مرحله از دویدن، کل حجم بدن ما با سرعت‌های مشخصی به زمین کوبیده می‌شود. بدون داشتن این کلاهک‌های ایمنی درون مفاصل، استخوان‌ها حتماً به یکدیگر ساییده می‌شدند: نتیجه‌ی ناخوشایند و ناتوان‌کننده‌ی آن آرتروز مفاصل است.

قابلیت انعطاف غضروف، ویژگی ساختار میکروسکوپی آن است. غضروف در مفاصل سلول‌های نسبتاً کمی دارد و این سلول‌ها به وسیله‌ی ماده‌ی پرکننده‌ای که میان آن‌هاست از هم جدا شده‌اند. در اسکلت بدن، این خواص ماده‌ی پرکننده‌ی درون شبکه‌ای است که به‌طور گسترده‌ای ویژگی‌های مکانیکی غضروف را تعیین می‌کند.

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

@Chekide_ha

شبکه‌ی پروتئوگلیکانی؛ راز ویژگی‌های ساختاری غضروف

بیش‌تر فضای بین سلول‌های غضروف را کلاژن پر کرده است (درست مثل سلول‌های سایر بافت‌های بدن). آن‌چه که واقعاً به غضروف انعطاف‌پذیری بخشیده، نوع دیگری از مولکول است که یکی از فوق‌العاده‌ترین مولکول‌های کل بدن به‌شمار می‌آید. به این مولکول، شبکه‌ی پروتئوگلیکانی (Proteoglycan) می‌گویند که باعث استحکام غضروف هنگام تراکم یا فشردگی می‌شود. شبکه‌ی پروتئوگلیکانی،شکلی مانند یک برس بزرگ سه‌بعدی با تنه‌ای بلند و شاخه‌های ریز متعدد دارد که با میکروسکوپ به‌وضوح قابل مشاهده است. باید قدردان این واقعیت باشیم که ریزترین شاخه‌های این مولکول عاشق اتصال به آب هستند و این ویژگی شگفت‌انگیز با توانایی شاخه‌های ما در راه‌رفتن و حرکت‌کردن در ارتباط است. مولکول پروتئوگلیکانی با آب متورم می‌شود؛ درواقع، خود را با آب پر می‌کند تا شبیه به یک تکه‌ی بزرگ ژله شود!

این تکه‌ی ژلاتینی با طناب‌های کلاژنی داخل و اطرافش پوشیده می‌شود و شما با ماده‌ای مواجه می‌شوید که هم نرم و هم تا حدی مقاوم در برابر کشش است. این اساساً غضروف است که محافظی تمام‌عیار برای همه‌ی مفاصل محسوب می‌شود. نقش سلول‌های غضروف، ترشح این مولکول‌ها در حین رشد جانوران و محافظت از آن‌ها هنگام توقف رشد جانوران است.

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

@Chekide_ha

تفاوت استخوان غضروف و دندان؛ نوع و درصد مولکول‌های تشکیل‌دهنده

نسبت معین و متفاوت از مواد گوناگون مسئول تفاوت مکانیکی بین استخوان، غضروف و دندان است. دندان‌ها بسیار سخت‌اند و مشخصاً درون آن‌ها مقدار زیادی هیدروکسی‌آپاتیت وجود دارد، به‌همراه مقدار نسبتاً کمی کلاژن درون مینا. استخوان کلاژن نسبتاً بیش‌تر و هیدروکسی‌آپاتیت کم‌تری دارد و البته فاقد مینا است؛ در نتیجه، استخوان به‌سختی دندان نیست. غضروف مقدار زیادی کلاژن دارد، درحالی‌که هیدروکسی‌آپاتیت ندارد و مملو از پروتئوگلیکان است؛ غضروف نرم‌ترین بافت در اسکلت ماست. یکی از علل اصلی که اسکلت ما این‌گونه به‌نظر می‌رسد و فعالیت می‌کند، این است که مولکول‌ها در جای مناسب و با نسبتی صحیح استقرار و گسترش یافته‌اند.

همه‌ی این صحبت‌ها چه ارتباطی با منشا پیدایش بدن دارند؟!

یک ویژگی مشترک در جانوران اسکلت‌دار یا فاقد آن، این است که همگی شامل انبوهی از سلول‌ها هستند و مولکول‌هایی دارند که در میان سلول‌های‌شان واقع‌اند؛ به‌ویژه، انواع مختلفی از کلاژن و پروتئوگلیکان دارند. در این بین، کلاژن به‌نظر دارای اهمیت خاصی‌ست؛ به‌طوری‌که معمول‌ترین پروتئین در جانوران است و بیش از ۹۰ درصد وزن پروتئین‌های بدن آن‌ها را تشکیل می‌دهد. ساخت بدن در گذشته‌های دور، باید در ضمن اختراع اجباری مولکول‌هایی از این قبیل رخ داده باشد!

امر ضروری دیگر برای بدن آن است که در استخوان‌های ما، سلول‌ها باید بتوانند به یکدیگر بچسبند و با هم تعامل کنند. سلول‌های استخوانی چطور به یکدیگر می‌چسبند و بخش‌های مختلف آن‌ها می‌دانند که رفتار متفاوتی از خود بروز بدهند؟ بسیاری از ابزارهای سازنده‌ی ساختار بدن ما، در پاسخ به این قبیل سؤالات نهفته است.

پروتئین‌هایی که گروه شیمیایی گلیکوزیل به‌وفور با آن‌ها پیوند برقرار می‌کند. ساختار پروتئین‌های گلیکوزیل‌شده از یک هسته‌ی پروتئینی با یک یا چند رشته‌ی گلیکوزآمینوگلیکانِ پیوندخورده به آن پدید می‌آید.

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

@Chekide_ha

اتصال‌دهنده‌های اختصاصی و شکل‌گیری بافت‌های بدن

سلول‌های استخوان، همانند هر سلول دیگری در بدن ما، به‌وسیله‌ی مولکول‌های بسیار کوچکی که گوناگونی وسیعی دارند، به یکدیگر می‌چسبند. در بعضی موارد، درست مثل ته کفش که در اثر تماس با سیمان خیس، به آن می‌چسبد. در هر سلول نیز مولکول به‌طور محکم به غشا می‌چسبد و مولکول دیگری به غشای سلول همسایه؛ بدین شکل است که چسبیدن غشای دو سلول مجاور، اتصال پایداری میان سلول‌ها ایجاد می‌کند.

مابقی اتصال‌دهنده‌های مولکولی خیلی دقیق‌اند و فقط به‌طور انتخابی به‌همان نوع از اتصال‌دهنده متصل می‌شوند. این ویژگی اهمیت زیادی دارد، چراکه اصولاً به سازمان‌دهی بدن کمک می‌کند. این اتصال‌دهنده‌های انتخابی، سلول‌ها را قادر می‌کنند خودشان را سازمان‌دهی کنند و حتماً سلول‌های استخوان به سلول‌های استخوان، پوست به پوست و الی آخر بچسبند.

سلول‌ها در غیاب سایر اطلاعات هم قادرند بدن ما را سازمان‌دهی کنند. اگر ما تعدادی سلول را که هریک نوع متفاوتی از این اتصال‌دهنده‌ها دارند در یک ظرف بگذاریم و اجازه بدهیم سلول‌ها رشد کنند، آن‌ها خودشان را سازمان‌دهی خواهند کرد. ممکن است بعضی از آن‌ها کروی و بقیه پهن و صفحه‌ای شوند؛ به‌این‌ترتیب، سلول‌ها به‌وسیله‌ی تعداد و نوع اتصال‌دهنده‌هایی که دارند طبقه‌بندی می‌شوند.

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

@Chekide_ha

تبادل اطلاعات بین سلول‌های بدن

به‌طور قطع، مهم‌ترین نشانه‌ی ارتباط بین سلول‌ها این است که آن‌ها با یکدیگر اطلاعات مبادله می‌کنند. شکل‌گیری الگوی دقیق اسکلت و در حقیقت کل بدن ما، تنها در این صورت ممکن شده است که سلول‌ها بدانند چطور با یکدیگر رفتار کنند. سلول‌ها باید بدانند چه زمانی تقسیم شوند، چه زمانی مولکول بسازند و کی بمیرند!

برای مثال، اگر سلول‌های استخوان یا پوست رفتاری تصادفی داشتند -مثلاً اگر خیلی زیاد تقسیم می‌شدند یا اصلاً نمی‌مردند- در آن‌صورت می‌باید بسیار زشت (غول‌آسا!) یا بدتر از آن، بسیار ضعیف و کم‌جان می‌شدیم!

سلول‌ها با استفاده از «پیام‌هایی» که به‌صورت مولکولی نوشته می‌شوند و از سلولی به سلول دیگر حرکت می‌کنند، با یکدیگر ارتباط برقرار می‌کنند. هر سلول می‌تواند با ارسال یک مولکول به سلول‌های اطراف خود با آن‌ها ارتباط برقرار کند. برای نمونه، در نوع ساده‌ی ارتباط سلول با سلول، یک سلول، سیگنالی را در قالب یک مولکول منتشر می‌کند. این مولکول به پوسته یا غشای خارجی سلول دریافت‌کننده‌ی سیگنال متصل می‌شود.

مولکول چسبیده به غشای خارجی شروع به واکنش‌هایی به‌صورت زنجیره‌ای از رویدادهای مولکولی می‌کند تا بتواند از غشای سلول به‌سمت هسته‌ی آن سفر کند. به یاد دارید که اطلاعات ژنتیکی درون هسته نشسته‌اند؟! در نتیجه، این سیگنال مولکولی می‌تواند سبب روشن و خاموش‌شدن ژن‌ها شود.

نتیجه‌ی نهایی همه‌ی فرایندها این است که حالا سلول دریافت‌کننده‌ی اطلاعات، رفتار خود را تغییر می‌دهد: ممکن است بمیرد، تقسیم شود یا در پاسخ به علائم سلول دیگر، مولکول تازه‌ای بسازد.

در سطح بسیار پایه، عواملی وجود دارد که ساخت بدن را ممکن می‌کند؛ تمام جانوران دارای بدن، مولکول‌های ساختاری مانند کلاژن و پروتئوگلیکان دارند؛ هم‌چنین آن‌ها آرایه‌ای از مولکول‌های اتصال‌دهنده دارند که سلول‌ها را کنار یکدیگر نگه می‌دارند. به‌علاوه، دارای ابزارهای مولکولی‌اند که به آن‌ها اجازه‌ی برقراری ارتباط با یکدیگر را می‌دهد.

حالا ما برای درک منشأ پیدایش بدن، نقشه‌ی راهنما داریم. باید برای درک این‌که بدن چطور رشد می‌کند، این نوع از مولکول‌ها را در ابتدایی‌ترین بدن‌ها در سیاره‌ی زمین جست‌وجو کنیم و درنهایت، موجوداتی را بررسی کنیم که اساساً بدن ندارند!

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

@Chekide_ha

ساخت بدن حباب‌ها
ساختار حباب؛ موجود زنده‌ی شگفت‌آور!

چه قسمت‌های مشترکی بین بدن یک دانشمند و یک حباب وجود دارد؟ بیایید برای یافتن پاسخ، به تعدادی از ابتدایی‌ترین بدن‌های زنده‌ی حاضر نگاهی بیندازیم.

یکی از این موجودات نمونه، تمایز مشکوک از چیزی است که تقریباً هرگز در حیات وحش دیده نشده! در اواخر دهه‌ی ۱۸۸۰، موجود ساده‌ی عجیبی که روی دیواره‌های شیشه‌ای آکواریوم زندگی می‌کرد، کشف شد. برخلاف هر موجود زنده‌ی دیگری، این موجود درست مانند توده‌ای ژله بود.

تنها چیزی که می‌توانیم با این موجود مقایسه کنیم، موجود فضایی فیلم استیون مک‌کوئین (Steven McQueen)، یعنی حباب (The Blob) است. در فیلم حباب، موجود بی‌ریخت و چسبناکی بود که شکارش را در خود فرو می‌برد: سگ‌ها، آدم‌ها و حتی واگن رستوران کوچکی که در شهرکی در نزدیکی پنسیلوانیا قرار داشت. انتهای دستگاه هاضمه‌ی «حباب» در قسمت زیرین آن قرار داشت و ما هرگز آن را ندیدیم؛ فقط جیغ‌ها و فریادهای موجودات گرفتارشده در آن‌جا را می‌شنیدیم!

«حباب» خود را تا اندازه‌ی بین ۲۰۰ تا ۱۰۰۰ سلول منقبض می‌کند که قطرش حدود دو میلی‌متر می‌شود؛ به‌این‌ترتیب، ما موجود زنده‌ی معماگونه‌ای موسوم به پلاکوزوان (Placozoan) داریم. پلاکوزوان فقط چهار گونه سلول دارد که بدن بسیار ساده و کوچک ورقه‌مانندی را می‌سازند؛ در عین حال، این یک بدن واقعی است. بعضی سلول‌های موجود در سطح زیرین بدن آن برای عمل گوارش تخصص یافته‌اند؛ برخی دیگر تاژک دارند که موجب حرکت جان‌دار به اطراف می‌شود. تقریباً هیچ ایده‌ای درباره‌ی خوراک یا زیستگاه طبیعی آن‌ها نداریم. بااین‌حال، این حباب‌های ساده برای ما حقیقتی فوق‌العاده را آشکار می‌کنند: با شمار اندکی از سلول‌های تخصص‌یافته، این موجودات ابتدایی دارای تقسیم کار در میان اجزای‌شان هستند.

آن‌چه که در رابطه با بدن شگفت‌انگیز است، با مطالعه‌ی پلاکوزوان‌ها آشکار می‌شود. این موجودات، علی‌رغم این‌که دارای سازمان‌دهی ابتدایی‌اند، بدنی واقعی دارند. در جست‌وجوی DNA آن‌ها و بررسی مولکول‌های سطح سلول‌های‌شان، متوجه شدیم بیش‌تر ابزار سازنده‌ی بدن ما درون آن‌ها هم وجود دارد! پلاکوزوان‌ها نسخه‌هایی از مولکول‌های اتصال سلولی و ابزارهای ارتباط سلولی را درست مانند همان چیزی که ما در بدن خودمان مشاهده می‌کنیم دارند. دستگاه سازنده‌ی بدن ما، در حباب‌ها به‌شکل ساده‌تری نسبت به آثار باستانی رجینالد اسپریگ یافت می‌شود.

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

@Chekide_ha

شباهت ما و اسفنج‌ها!

آیا می‌توانیم بررسی خود را به گونه‌های حتی ابتدایی‌تری از بدن هم توسعه دهیم؟! بخشی از پاسخ، در وسیله‌ای کلاسیک از لوازم آشپزخانه نهفته است: اسفنج! در نخستین نگاه اسفنج‌ها چندان جالب‌توجه به‌نظر نمی‌رسند. بدن اسفنج شامل ماتریکس است، نه یک شبکه‌ی زنده، بلکه نوعی از سیلیس (ماده‌ای شیشه‌ای) یا کربنات کلسیم (ماده‌ای سخت و صدف‌مانند) با مقداری کلاژن پراکنده در آن. در یک چشم‌به‌هم‌زدن، اسفنج‌ها جالب می‌شوند. به‌خاطر بیاورید که کلاژن بخش اصلی فضای بین سلولی ماست و سلول‌ها و بسیاری از بافت‌ها را در کنار یکدیگر نگه می‌دارد. ممکن است اسفنج‌ها ندانند که یکی از ویژگی‌های بدن را در خود دارند!

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

@Chekide_ha