اسفنج ها دارای ژن هایی هستند که در عملکرد عصبی حیوانات عالی دخالت دارند. اما اگر اسفنج ها مغز ندارند پس این ژن ها دارای چه نقشی هستند؟ اسفنج ها در مورد تکامل مغز چه حقایقی را به ما می گویند؟ دانشمندان برای کشف این موضوع از حفره ی گوارش اسفنج تصویربرداری کردند.
خب حالا داستان چیه؟
همان طور که شما در حال خواندن این متن هستید، ماشین بیولوژیکی بسیار پیچیده ای که همان مغز شماست در حال پردازش و فعالیت است. مغز انسان از حدود 86 میلیارد نورون تشکیل می شود. این عضو نه تنها عملکرد های بدن ما را از بینایی تا حرکت کنترل می کند، بلکه توانایی آگاهی و درک را نیز فراهم می کند.
برخلاف اهمیت اصلی مغز، منشا آن هنوز کشف نشده است. اولین مغز در حیوانات صدها میلیون سال پیش، به وجود آمد. اما امروزه فقط قدیمی ترین گونه های جانوری مانند اسفنج های آبزی فاقد مغز هستند. ممکن است این گونه ها کلید کشف رمز و راز چگونگی تکامل نورون ها و مغز ها باشند.
تک تک سلول های عصبی در مغز از طریق سیناپس ها با هم ارتباط برقرار میکنند. این ارتباطات بین سلول ها، در مرکز عملکرد مغز قرار دارد و توسط تعدادی ژن خاص تنظیم می شود. اسفنج ها این سیناپس ها را ندارند اما ژنوم آنها بسیاری از ژن های سیناپسی را رمزگذاری می کند. دانشمندان آزمایشگاه بیولوژی مولکولی اروپا این سوال را مطرح کردند که:” چگونه ممکن است این اتفاق رخ بدهد؟” آخرین یافته های آن ها در مجله ساینس منتشر شده است.
دتلف آرنت، سرپرست گروه EMBL و محقق ارشد درEMBL هیدلبرگ، توضیح می دهد:”ما می دانیم که این ژن های سیناپسی درعملکرد عصبی حیوانات عالی نقش دارند. یافتن آن ها در گونه های اولیه و قدیمی مانند اسفنج ها این سوال را ایجاد می کند که اگر این حیوانات مغز ندارند، نقش این ژن ها چیست؟ گرچه ساده به نظر می رسد، اما پاسخ به این سوال تا کنون فراتر از توانایی های تکنولوژیکی ما بوده است.”
روش تحقیقاتی این تیم
برای مطالعه نقش این ژن های سیناپسی در اسفنج ها، آزمایشگاه آرنت فناوری های میکروسیالی و ژنومی را در اسفنج آب شیرین ایجاد کرد. با استفاده از این تکنیک ها، دانشمندان سلول های منفرد را از چندین اسفنج در داخل قطرات میکروسیالی جمع آوری کردند و سپس فعالیت ژنتیکی هر سلول را بیان کردند.
جاکوب موسر، دانشمند محقق در گروه آرنت و نویسنده ارشد در تیم تحقیق میگوید:” ما نشان دادیم که سلول های خاصی درحفره های گوارشی اسفنجی، ژن های سیناپسی را فعال می کنند. بنابراین حتی در یک حیوان ابتدایی فاقد سیناپس، ژن های سیناپسی در قسمت های خاصی از بدن آن فعال هستند.”
اسفنج ها از حفره ی گوارشی خود برای فیلتر کردن غذا از آب و تعامل با میکروب های محیطی استفاده می کنند. برای درک اینکه سلول ها ژن های سیناپسی را چگونه بیان می کنند، گروه آرنت همراه با شش تیم تحقیقاتی EMBL در اروپا و سراسرجهان به نیرو های خود پیوست. تیم یانیک شواب و گروه توماس اشنایدر با فعالیت در مرکز هسته میکروسکوپ الکترونی EMBL، پرتوهای سنکروترون را در آزمایشگاه بیولوژی مولکولی هامبورگ ایجاد کردند. محققان یک روش تصویربرداری جدید را اختراع کردند. دکتر شواب توضیح می دهد:” با ترکیب میکروسکوپ الکترونی و تصویربرداری اشعه ایکس بر روی خط پرتو سنکروترون، توانستیم رفتار شگفت آور این سلول ها را تجسم کنیم.”
نتیجه این تحقیقات
دانشمندان از سلول هایی که با حرکت در سراسر حفره ی گوارش، مهاجمان باکتریایی را از بین می برند و همچنین بیرون راندن بازوهای بلندی که دستگاه تغذیه سلول های گوارشی را مختل می کنند، تصاویر سه بعدی تهیه کردند. این رفتار یک رابط برای ارتباط هدفمند سلول به سلول ایجاد می کند. به همان گونه که در سیناپس های بین سلول های عصبی در مغز ما نیز اتفاق می افتد.
دکتر موسر گفت:” نتایج ما به سلول هایی اشاره می‌کند که تغذیه و کنترل محیط میکروبی را به‌عنوان پیش ساز های تکاملی احتمالی برای ایجاد اولین مغز در حیوانات انجام می دهند.”
منبع
- Materials provided by European Molecular Biology Laboratory. Note: Content may be edited for style and length.
Jacob M. Musser, Klaske J. Schippers, Michael Nickel, Giulia Mizzon, Andrea B. Kohn, Constantin Pape, Paolo Ronchi, Nikolaos Papadopoulos, Alexander J. Tarashansky, Jörg U. Hammel, Florian Wolf, Cong Liang, Ana Hernández-Plaza, Carlos P. Cantalapiedra, Kaia Achim, Nicole L. Schieber, Leslie Pan, Fabian Ruperti, Warren R. Francis, Sergio Vargas, Svenja Kling, Maike Renkert, Maxim Polikarpov, Gleb Bourenkov, Roberto Feuda, Imre Gaspar, Pawel Burkhardt, Bo Wang, Peer Bork, Martin Beck, Thomas R. Schneider, Anna Kreshuk, Gert Wörheide, Jaime Huerta-Cepas, Yannick Schwab, Leonid L. Moroz, Detlev Arendt. Profiling cellular diversity in sponges informs animal cell type and nervous system evolution. Science, 2021; 374 (6568): 717 DOI: 10.1126/science.abj2949
مترجم: پرنیا محمدی | تولید محتوا و ویراستاری: پرنیا فواکهی
