یک مطالعه جدید منتشر شده در مجله 'ساینس ادونسز' (Science Advances) یافتههای شگفتانگیزی را در زمینه تکامل حیات بر روی زمین آشکار کرده است. این پژوهش که توسط تیمی از دانشمندان دانشگاه وین انجام شده، نشان میدهد که موجوداتی به ظاهر ساده مانند شقایقهای دریایی، که متعلق به شاخه 'کنیدارین' (Cnidarians) هستند، از مکانیسمهای مولکولی مشابهی برای شکلدهی به بدن خود استفاده میکنند که پیش از این تنها در موجودات با تقارن دوطرفه (Bilaterians) از جمله انسانها مشاهده شده بود. این کشف میتواند دیدگاه ما را نسبت به زمان و چگونگی شکلگیری اصول اساسی الگوی بدن در قلمرو حیوانات تغییر دهد.
شقایقهای دریایی، همراه با عروس دریایی، مرجانها و دیگر موجودات دریایی، در شاخه کنیدارینها طبقهبندی میشوند. این موجودات دارای تقارن شعاعی هستند، به این معنی که ساختار بدن آنها حول یک محور مرکزی سازماندهی شده است. در مقابل، موجودات دوطرفه مانند انسانها، دارای تقارن دوطرفه هستند، یعنی بدن آنها را میتوان با یک صفحه منفرد به دو نیمه آینهای تقسیم کرد. تفاوتهای بنیادی در ساختار بدن و نداشتن مغز در شقایقهای دریایی، این یافته را که آنها از روشهای شکلدهی بدن که مختص موجودات دوطرفه است، استفاده میکنند، بسیار قابل توجه میسازد.
مکانیسمهای مولکولی مشترک در شکلدهی بدن
نقش فاکتورهای رشد استخوان مورفوژنتیک (BMP)
این تحقیق بر روی نقش پروتئینهای مورفوژنتیک استخوان (BMP) و مولکولهای همراه آنها، بهویژه پروتئین کوردین (Chordin)، تمرکز دارد. BMPها در واقع پیامرسانهای مولکولی هستند که به سلولهای جنینی سیگنال میدهند در کجای بدن قرار دارند و چه نوع بافتی را باید تشکیل دهند. این فرآیند، که به آن 'شاتل BMP' (BMP shuttling) گفته میشود، در موجودات دوطرفه برای تعیین محورهای بدن از پشت به شکم، حیاتی است. هنگامی که این BMPها با مولکول مهارکنندهای مانند کوردین ترکیب میشوند، گرادیانهای غلظتی از BMP در بدن ایجاد میکنند که هر کدام سیگنال خاصی برای تمایز سلولی دارند؛ به عنوان مثال، غلظت پایین BMP میتواند منجر به تشکیل سیستم عصبی مرکزی شود، در حالی که غلظتهای بالاتر ممکن است برای تشکیل پوست شکم یا اندامهای دیگر تعیینکننده باشند.
یافته کلیدی مطالعه این است که کوردین نه تنها به عنوان یک مهارکننده عمل میکند، بلکه به عنوان یک 'شاتل' برای BMPها نیز عمل مینماید، درست همانطور که در موجودات دوطرفه مانند مگسها و قورباغهها دیده میشود. این کشف نشاندهنده این است که این مکانیسم پیچیده، که برای تعیین محورهای بدن در حیوانات با تقارن دوطرفه ضروری است، ممکن است بسیار قدیمیتر از آن چیزی باشد که پیش از این تصور میشد. به طور خاص، این امر نشان میدهد که این سازوکار احتمالاً قبل از جدایی تکاملی شاخههای کنیدارین و دوطرفه، که تخمین زده میشود بین 600 تا 700 میلیون سال پیش رخ داده باشد، وجود داشته است.
تفسیرهای تکاملی و احتمال تکامل مستقل
این یافتهها پیامدهای مهمی برای درک ما از تاریخچه تکاملی حیوانات دارند. اگر شقایقهای دریایی و موجودات دوطرفه هر دو از مکانیسم شاتل BMP استفاده میکنند، این احتمال وجود دارد که این ویژگی در آخرین جد مشترک آنها وجود داشته است. این جد مشترک، اگرچه از نظر ساختار بدن با موجودات امروزی متفاوت بوده، احتمالاً دارای تقارن دوطرفه بوده و از این مکانیسم برای سازماندهی بدن خود استفاده میکرده است. این موضوع، پیچیدگی درک تکامل اولیه را افزایش میدهد.
با این حال، دانشمندان اذعان دارند که نمیتوان احتمال تکامل مستقل این مکانیسم را در دو شاخه مجزا به طور کامل رد کرد. تکامل همگرا (Convergent Evolution) میتواند منجر به ظهور صفات مشابه در موجوداتی شود که خویشاوندی دوری دارند، اما این امر معمولاً در پاسخ به فشارهای انتخابی مشابه رخ میدهد. در مورد مکانیسم شاتل BMP، با توجه به اهمیت بنیادین آن در شکلدهی بدن، تکامل آن قبل از انشعاب اصلی شاخهها، محتملتر به نظر میرسد. دیوید مرسدورف، یکی از نویسندگان اصلی مطالعه، اشاره میکند که شاتل BMP 'در حیوانات بسیار دور از هم پدیدار میشود و این امر آن را به یک نامزد خوب برای یک مکانیسم الگودهی اجدادی تبدیل میکند.'
اهمیت مطالعه شقایقهای دریایی در زیستشناسی تکاملی
درک اصول اولیه الگویدهی بدن
مطالعه شقایقهای دریایی به عنوان مدلهای سادهتر، امکان بررسی عمیقتر مکانیسمهای مولکولی را فراهم میکند که در موجودات پیچیدهتر، ممکن است در اثر لایههای اضافی از سازماندهی یا تکامل پنهان شده باشند. با استفاده از شقایقهای دریایی، که دارای ساختار بدنی سادهتر و فاقد سیستم عصبی پیچیده هستند، دانشمندان میتوانند بدون گیج شدن توسط عوامل دیگر، نقش دقیق BMPها و کوردین را در تعیین محورهای بدن مشاهده کنند. این امر به درک اصول بنیادین زیستشناسی تکوینی کمک میکند.
نیکولای گینیخوویچ، یکی دیگر از نویسندگان ارشد مطالعه، بیان میدارد: 'اگر آخرین جد مشترک کنیداریا و دوطرفه، جانوری با تقارن دوطرفه بوده باشد، احتمالاً از کوردین برای شاتل BMPها به منظور ایجاد محور پشت به شکم خود استفاده میکرده است.' این بدان معناست که الگوهای بنیادی که بدن موجودات زنده را شکل میدهند، ریشههای بسیار عمیقی در تاریخ تکامل دارند و ممکن است در گونههای بسیار متفاوتی حفظ شده باشند.
تأثیر بر طبقهبندی و فیلوژنی حیوانات
این کشف میتواند بر درک ما از روابط تکاملی بین شاخههای اصلی حیوانات تأثیر بگذارد. اگر ویژگیهای مولکولی کلیدی مانند شاتل BMP قبل از جدایی شاخهها وجود داشته باشد، این امر میتواند به عنوان ابزار جدیدی برای بازسازی فیلوژنی (شجرهنامه تکاملی) مورد استفاده قرار گیرد. در حالی که طبقهبندی سنتی بر اساس ویژگیهای ریختشناسی (مورفولوژیکی) استوار است، دادههای مولکولی مانند این، تصویر دقیقتری از روابط بین گونهها ارائه میدهند.
بنابراین، پژوهشهای آتی ممکن است بر یافتن شواهدی از این مکانیسمهای اجدادی در سایر گروههای جانوری تمرکز کنند تا درک ما از 'نقشه راه' تکاملی حیوانات را تکمیل کنند. این رویکرد زیستشناسی تکاملی را با ژنتیک مولکولی و زیستشناسی زیستی پیوند میزند و دریچههای جدیدی به سوی اسرار حیات باز میکند.
