1
یک غشای انعطاف‌پذیر که میان انگشتان کشیده شده، به خفاش‌ها امکان می‌دهد با چابکی بی‌نظیر در شب پرواز کنند.
پژوهش جدیدی که با مقایسه جنین‌های خفاش و موش انجام شده، نشان می‌دهد بال خفاش‌ها از یک نوع سلول کاملاً جدید شکل نگرفته است. در عوض، از همان برنامه‌های ژنتیکی آشنای موجود در اندام‌های تمام پستانداران بهره گرفته شده، اما در زمان و مکانی متفاوت در طول رشد جنینی فعال شده‌اند.
از دست تا بال و باله – روایت تحول اندام‌ها
چرا خفاش‌ها انتخاب شدند؟
به گفته «استفان موندلوس» پژوهشگر موسسه ماکس پلانک در ژنتیک مولکولی و یکی از نویسندگان این تحقیق:
«ما خفاش‌ها را انتخاب کردیم چون آن‌ها نمونه‌ای عالی از سازگاری ظاهری هستند. اندام‌ها سیستم مدلی زیبا هستند که می‌توان از آن برای مشاهده چگونگی تولید اشکال و کارکردهای مختلف توسط تکامل استفاده کرد.»
او ادامه می‌دهد: «اندام‌های اسب، باله‌های دلفین، دست انسان یا بال خفاش، نمونه‌هایی برجسته‌اند از اینکه چگونه تکامل، یک فرم اولیه را به چیزی کاملاً متفاوت تبدیل می‌کند.»
تنوع خارق‌العاده خفاش‌ها
با حدود ۱۴۰۰ گونه، خفاش‌ها پس از جوندگان، دومین راسته متنوع در میان پستانداران به شمار می‌روند و تقریباً همه قاره‌ها را به‌جز جنوبگان و خشک‌ترین بیابان‌ها مستعمره‌سازی کرده‌اند.
بال‌های خفاش از سلول‌های آشنا شکل گرفته‌اند
مرحله بحرانی در شکل‌گیری اندام پرواز
در این پژوهش، پژوهشگران جنین‌هایی را در مرحله بحرانی رشد جمع‌آوری کردند، زمانی که اندام جلویی خفاش شروع به تمایز از اندام مشابه در موش می‌کند تا به یک ساختار پروازی تبدیل شود.
بررسی ژن‌ها در سطح سلول
با استفاده از توالی‌یابی کل ژنوم و توالی‌یابی RNA در سطح تک‌سلولی، تیم تحقیقاتی فعالیت ژن‌ها را در هزاران سلول مجزا از نواحی پیش‌ساز بال و پا در جنین‌های خفاش و موش فهرست کردند.
این پروژه با همکاری آزمایشگاه‌هایی در مؤسسه ماکس پلانک، مرکز ماکس دلبروک در برلین و مرکز زیست‌شناسی رشد اندلوسیا در سویا انجام شد.
سختی‌های مقایسه میان گونه‌ها
در حالی که فناوری تک‌سلولی تصویری دقیق از فعال بودن ژن‌ها در هر سلول ارائه می‌دهد، مقایسه گونه‌های مختلف، به‌ویژه برای گونه‌هایی که به‌عنوان مدل استاندارد زیستی شناخته نمی‌شوند مانند خفاش‌ها، کاری دشوار است.
تکامل از سلول‌های موجود دوباره استفاده کرده است
کشف غیرمنتظره
«فرانسیسکا ام. رئال» نویسنده ارشد تحقیق می‌گوید:
«یکی از شگفتی‌های بزرگ برای ما این بود که همه نوع سلول‌ها و عملکردهای آن‌ها در اندام، میان گونه‌ها حفظ شده‌اند. ما در ابتدا فکر می‌کردیم که این فناوری ما را به سلول‌هایی منحصربه‌فرد در خفاش می‌رساند که بال‌ها را می‌سازند، چون بال خفاش بسیار متفاوت از اندام موش است.»
اما برخلاف انتظار، هر نوع سلولی در اندام خفاش، معادل خودش را در اندام موش داشت. تفاوت اصلی در زمان و مکان فعال شدن ژن‌های خاص بود.
زمان‌بندی فعال شدن ژن‌ها، پرواز را ممکن می‌کند
شکل‌گیری غشای پروازی
بخش اصلی بال خفاش به نام چیروپاتاژیوم که غشایی ظریف میان انگشتان دوم تا پنجم است، در مراحل بعدی رشد شکل می‌گیرد.
استفاده دوباره از سلول‌های آشنای اندام
تیم تحقیق نشان داد که سلول‌های سازنده این غشا شبیه به سلول‌های بخش ابتدایی جوانه اندام در تمام پستانداران هستند، اما در خفاش‌ها این برنامه ژنی دیرتر و در نقاط دورتری از اندام فعال می‌شود.
بنابراین، همان جعبه ابزار ژنتیکی با زمان‌بندی متفاوت، یک سطح بال کاملاً جدید را ایجاد می‌کند – بدون اینکه نیازی به ساخت سلول‌های جدید باشد.
به گفته نویسنده اصلی تحقیق «کریستین فرگرینو»:
«سلول‌هایی که در بخش ابتدایی اندام حضور دارند، از نظر هویتی شبیه سلول‌هایی هستند که بعدها بال را تشکیل می‌دهند. این انعکاسی از عملکرد تکامل است.»
بال‌های خفاش بازتابی از دست انسان‌اند
قدرت تغییر زمان‌بندی رشد
از آنجا که اسکلت استخوانی بال خفاش اساساً با دست انسان یکی است، این موضوع نشان می‌دهد که تغییرات جزئی در زمان‌بندی رشد (که به آن هتروکرونی نیز می‌گویند) چگونه می‌تواند یک اندام را به چیزی کاملاً متفاوت تبدیل کند.
کاربرد اصل در دیگر پستانداران
همین اصل احتمالاً مسئول ایجاد اندام‌های جلویی سخت در اسب‌ها، باله‌های پهن در دلفین‌ها، و دست‌های انعطاف‌پذیر انسان برای نوشتن، آشپزی و ساختن است.
با ترسیم دقیق سوئیچ‌های ژنتیکی که برنامه‌های اندامی را از نظر مکانی و زمانی جابه‌جا می‌کنند، دانشمندان امیدوارند قوانین کلی تکامل شکل‌ها را در سراسر شجره‌نامه زیستی کشف کنند.
سازه‌هایی بر اساس زمان‌بندی – نه ژن‌های جدید
کاتالوگی کامل از سلول‌ها و عناصر تنظیمی
این پژوهش، یک کاتالوگ حاشیه‌نویسی‌شده از وضعیت‌های سلولی اندام‌های خفاش و عناصر تنظیمی آن‌ها ارائه می‌دهد.
این کار امکان شناسایی «تقویت‌کننده‌ها» (بخش‌های غیرکُد‌کننده‌ی DNA که مانند دیمر ژنتیکی عمل می‌کنند) را فراهم می‌کند؛ عناصری که مسئول فعال‌سازی تأخیری و دورتری از اندام هستند.
کاربردها برای سایر گونه‌ها و انسان
شناسایی این عناصر ممکن است نشان دهد که آیا تغییرات تنظیمی مشابهی در سایر جانوران دارای توانایی سر خوردن یا پرواز – مانند سنجاب‌های پرنده یا شوگر گلایدرها – نیز وجود دارد یا خیر.
همچنین این یافته‌ها می‌توانند به درک بهتر نقص‌های مادرزادی در اندام‌های انسان کمک کنند.
ابزارهای قدیمی، پرواز‌های نو آفریدند
تکامل با ویرایش برنامه‌های قدیمی
خفاش‌ها بدون اختراع ژن‌های جدید، به آسمان رسیدند؛ آن‌ها تنها روش استفاده از ژن‌های آشنا را تغییر دادند.
بال‌های آن‌ها نمایشی از توانایی طبیعت در ویرایش نقشه‌های موجود و ساخت سازه‌های جدید است، و این موضوع بار دیگر بر درک داروین از تکامل تاکید می‌کند: اینکه تکامل با آنچه از پیش وجود دارد کار می‌کند.
آینده در دستان فناوری تک‌سلولی
با پیشرفت فناوری‌های تک‌سلولی و ژنومیک تطبیقی، احتمالاً رازهای بیشتری از نبوغ تکاملی از همین غشاهایی که شب‌ها بی‌صدا بر فراز سر ما می‌چرخند، آشکار خواهد شد.
source