ما انسان‌ها انگشتان خود را مدیون ژنی هستیم که ابتدا در ماهی‌ها ظاهر شد

زومیت/ پژوهش تازه‌ای نشان می‌دهد انگشت‌های ما در اصل حاصل ژن‌هایی هستند که ابتدا برای شکل‌گیری دم و سیستم دفع ماهی‌ها به کار می‌رفتند.

حدود ۳۶۰ میلیون سال پیش، اجداد ماهی ما از آب به خشکی آمدند و در طول این مسیر، باله‌هایشان به پا و انگشتان تبدیل شد. صدها میلیون سال بعد، جفت جلویی این اندام‌ها به دستان توانمند و ابزارساز تکامل یافتند.

---

بازار

---

دانشمندان برای درک این دگرگونی شگرف تکاملی، از دهه‌ها پیش فسیل ماهی‌های منقرض‌شده‌ای را مطالعه کرده‌اند که باله‌هایی با ظاهر و کارکرد شبیه به دست‌ها و پاها داشتند. آن‌ها همچنین رویان‌های ماهی‌های امروزی و مهره‌داران خشکی‌زی را مقایسه کرده‌اند تا بفهمند باله‌ها و اندام‌های حرکتی دقیقاً چگونه شکل می‌گیرند.

اکنون فناوری دقیق ویرایش ژنوم، یعنی کریسپر، به دانشمندان امکان می‌دهد تا این تغییر تکاملی باستانی را در سطح مولکولی بازسازی کنند. نتایج مطالعه‌ای جدید نشان می‌دهد که دست‌ها و پاها محصول ژن‌های تازه‌ای نبودند که کار جدیدی انجام دهند؛ بلکه قطعاتی از دستورالعمل‌های ژنتیکی بسیار قدیمی که زمانی برای بخش‌های دیگر بدن به کار می‌رفتند، ازطریق انتخاب طبیعی در ترکیب‌های جدید به یکدیگر پیوستند.

دستورالعمل ساخت دست‌ها تا حدودی از دستور ساخت نواحی تحتانی بدن ما قرض گرفته شده است.

اورلی هینترمان، پژوهشگر پسادکترا در مؤسسه تحقیقات پزشکی استاورز در کانزاس‌سیتی، به نیویورک‌تایمز می‌گوید: «به‌کارگیری ژن‌های قدیمی برای هدفی جدید، بسیار ساده‌تر از آن است که بخواهید همه‌چیز را از صفر بسازید.» روز چهارشنبه، هینترمان و همکارانش نشان دادند که برخی از این قطعات ژنتیکی چقدر قدیمی هستند: دستورالعمل ساخت دست‌ها تا حدودی از دستور ساخت نواحی تحتانی بدن ما قرض گرفته شده است.

پژوهشگران مطالعه خود را با دنبال‌کردن فعالیت ژن‌ها در رویان‌های در حال رشد انجام دادند. رویان به‌عنوان تخمک بارورشده با مجموعه‌ای از ژن‌ها آغاز و سپس تقسیم می‌شود و سلول‌های جدیدی می‌سازد که همان ژن‌ها را به ارث می‌برند. اما در طول رشد، سلول‌ها ژن‌ها را در الگوهای متفاوتی روشن یا خاموش می‌کنند تا به بافت‌ها و اندام‌های خاص تبدیل شوند. سلول‌ها همچنین مولکول‌هایی می‌فرستند که باعث می‌شود سلول‌های مجاور نیز برنامه ژنی خود را تغییر دهند.

در گورخرماهی، باله‌ها تقریبا در همان جایی رشد می‌کنند که در مهره‌داران دارای اندام حرکتی، انگشت‌ها شکل می‌گیرند.

آن مولکول‌های سیگنال‌دهنده با گرفتن DNA در مکانی دقیق، مانند کلیدی که در قفل می‌چرخد، ژن‌ها را فعال می‌کنند. بسیاری از ژن‌ها پیش از آنکه بتوانند فعال شوند، به چندین کلید برای گشودن قفل‌ها نیاز دارند.

دانشمندان تعدادی از این قفل‌های ژنتیکی را شناسایی کرده‌اند که به رویان انسان و سایر گونه‌ها امکان می‌دهند تا اندام‌های حرکتی را رشد دهند. در سال ۲۰۱۱، دنیس دوبول، زیست‌شناس دانشگاه ژنو و همکارانش ۶ قفل مولکولی را در بخشی از DNA به نام 5DOM کشف کردند. وقتی 5DOM از دی‌ان‌ای رویان موش حذف شد، موش پا درآورد، اما انگشتان پا رشد نکردند.

دکتر دوبول و همکارانش در مورد چگونگی تکامل این مجموعه حیاتی از قفل‌ها کنجکاو بودند. آیا این قفل‌ها زمانی که اجداد ما برای اولین بار به ساحل آمدند و اندام‌های حرکتی را تکامل دادند، ایجاد شدند یا اینکه قبل از آن، در اجداد باله‌دار ما وجود داشته‌اند؟

کریستوفر بولت، دانشجوی دکترای آزمایشگاه دوبول، ژنوم گورخرماهی را بررسی کرد و دریافت که این گونه نیز از قفل 5DOM برخوردار است. از آنجایی که گورخرماهی و پستانداران یک جد مشترک باستانی در بیش از ۴۰۰ میلیون سال پیش دارند، این یافته نشان داد که 5DOM در همان اجداد اولیه وجود داشته و باید در رویان ماهی‌ها نیز نقش داشته باشد.

هینترمان با استفاده از کریسپر، 5DOM را از رویان‌های گورخرماهی حذف کرد. برخلاف انتظار، حذف آن تأثیر چندانی بر رشد باله‌ها نداشت، اما ناحیه‌ای در زیر دم ماهی را مختل کرد؛ جایی به نام کلواک که مقعد و خروجی مثانه و اندام‌های جنسی در آن قرار دارند. این یافته باعث شد پژوهشگران همان ناحیه را در رویان موش‌ها هم بررسی کنند و به شگفتی دوم رسیدند: 5DOM در پستانداران نیز ژن‌های همان ناحیه را فعال می‌کند.

مجموعه این آزمایش‌ها فرضیه جدیدی درباره تکامل انگشتان دست و پا ارائه داد. ماجرا از نیم‌میلیارد سال پیش، با ماهی‌هایی بسیار ابتدایی آغاز شد که بدنشان چیزی جز یک سر متصل به بدنی روبان‌مانند نبود. آن‌ها غذا می‌خوردند، هضم می‌کردند و فضولات را از مقعد دفع می‌کردند. در کنار آن، یک منفذ برای تولیدمثل و دفع ادرار هم وجود داشت.

رویان آن ماهی‌های نخستین، ژن‌های متفاوتی را برای ساخت بخش‌های بدن روشن می‌کرد. در انتهای بدن، 5DOM ژن‌های مقعد و منافذ ادرار و تولیدمثل را فعال می‌کرد. این دستور ژنتیکی نیم‌میلیارد سال تغییر نکرده و هنوز هم در گورخرماهی، موش و انسان همان کار را انجام می‌دهد.

اما حدود ۳۶۰ میلیون سال پیش، 5DOM تغییر تکاملی تازه‌ای پیدا کرد: علاوه بر کلواک، توانست انگشتان دست و پا را هم بسازد. برنت هاوکینز، زیست‌شناس تکاملی دانشگاه هاروارد، این فرآیند را به بازخوانی ترانه‌های قدیمی توسط خوانندگان جدید تشبیه می‌کند: «مثل وقتی است که جی-زی از یک آهنگ قدیمی اقتباس می‌کند و آن را به سبک خودش می‌سازد.»

دست‌ها و اندام‌های تحتانی بدن شاید بی‌ارتباط به نظر برسند، اما شباهت مهمی دارند: هر دو در انتهای بدن قرار دارند. در ماهی‌های نخستین، 5DOM ژن‌هایی را فعال می‌کرد که آناتومی انتهای بدن را تعیین می‌کردند؛ در اندام‌های در حال رشد، انگشتان نیز در انتها شکل می‌گیرند.

نیل شوبین، زیست‌شناس تکاملی دانشگاه شیکاگو و از نویسندگان پژوهش، می‌گوید هنوز مشخص نیست تغییرات دقیق تکاملی که این نقش جدید را به 5DOM داد، چه بوده است: «این یافته غافلگیرمان کرد. هنوز باید بیشتر مطالعه کنیم تا بفهمیم دقیقاً چه اتفاقی افتاده است.»

مطالعه در نشریه نیچر منتشر شده است.

🔹"آخرین خبر" در روبیکا
🔹"آخرین خبر" در ایتا
🔹"آخرین خبر" در بله