از تکینگی تا مغز از مغز تا سیاهچاله فضایی- قسمت سیزدهم
تکینگی پر چگال نخستین، در طی میلیاردها سال ما را به دگرگونی ها و تفاوت های بسیار امروز رسانده است ولی آنچه هماهنگ کننده همه این تفاوت ها در ادراکات و احساسات است، امروز مغزی است که از ایجاد تمایزهای چندین ساله بسیار فراتر رفته است و امروز شاهد چنان انعطافی در آن هستیم که حتی اگر بخش وسیعی از آن، از دست برود، با استفاده از فرایند نوروپلاستیسیتی، می توان بخش بزرگی از وظایف بخش های مرده را بازسازی کرد.(به مقاله قبلی در همین کانال با عنوانساختار شبکه های مغزی ثابت نیست مراجعه شود).
این سیر و گام های طولانی در رسیدن به مغز، از میلیون ها واسطه دیگر گذشته است؛ واسطه هایی که گاهی اندازه آنها از ذره ای فراتر نمیرود ولی چون نقطه عطفی در این سیر تکاملی هستند شایسته بررسی های دقیق میباشند. این سیر رو به ارتقا هرگز متوقف نیست و یافتن نقطه های عطف در این فرایند، میتواند راه ما را در ادامه این مسیر هموارتر کند.
نمونه این نقطه های عطف، موجوداتی است که در حد فاصل بین بی مهرگان و مهره داران قرار میگیرند. تحول از بی مهرگان به مهره داران، تحولی عمیق و سازنده بوده که راه را برای رسیدن به مغز و نخاع کنونی آماده کرده است. و بررسی طناب دارانی که در این مسیر قرار دارند پرده از رازی بزرگ در راه رسیدن به مغز می گشاید.
(جانوران دو گروه هستند: طنابداران و بیمهرگان. طنابداران را مهره داران هم نامیدهاند.
ویژگی طنابداران، داشتن یک طناب کوچک عصبی توخالی در پشت به نام پشتمازه (notochord) در مرحلهای از زندگی آنها است. این طنابکِ میلهایشکلِ عصبی به مغز ختم میشود.
نیمطنابداران (Hemichordata) را پیش از این به عنوان زیرشاخهٔ چهارم طنابداران میدانستند ولی امروزه آن را شاخهای جداگانه بهشمار میآورند. لاروهای دمطنابداران، دارای یک طنابک و یک طناب عصبی هستند ولی در دوران بلوغ این طنابها را از دست میدهند؛ سرطنابداران یک طنابک و یک طناب عصبی دارند ولی مغز یا اندام ویژهٔ حسی ندارند.
جمجمهداران تنها زیرشاخهای از طنابداران هستند که دارای جمجمه میباشند.
زیرشاخهها
شاخهٔ طنابداران سه زیرشاخه دارد:
دُمطنابداران Urochordata مانند آبدزدک دریایی(نیامداران) tunicates
سرطنابداران Cephalochordata، نمونهٔاصلی:نیزک lancelet
جمجمهداران Craniata که شامل مهرهداران میشود.)
و امروز در سایه امکان بررسی روی نقشه ساختمان موجودات و نه خود بدن موجودات، امکان نگاهی عمیقتر فراهم شده است.
نقشه، تا زمان اجرای کامل، دهها چالش را پیش رو دارد و اگر هر کدام از این چالش ها مانع از اجرای نقشه شود، نقشه ساختمان در ساختمان متجلی نمیشد ولی وقتی ما بتوانیم به جای بررسی ساختمان، خود نقشه خالص را بررسی کنیم، میتوانیم بسیاری از این فاکتورهای مزاحم را در بررسی ها حذف کنیم.
این شما و این آبدزدک دریایی!
جهشی به سوی تکامل آب دزدک دریایی
سیستم عصبی، در سیر تکامل از مراحل گوناگونی گذشته است. و گاهی این ارتقا به سوی مغز کنونی با تغییر شکل وسیع در ساختمان بدن موجودات، همراه بوده است. تحول از بی مهرگان به سوی مهره دارانی- که سیستم عصبی آنها با مهره و استخوان سفت حمایت میشود- نقطه عطفی در این فرایند است. خروج از آب و قرار گرفتن در معرض شتاب ها و ضربات زیاد بیرون از آب، لازم کرده است هدایت گر سیستم ها و اندام های بدن، یعنی سیستم عصبی مرکزی و مغز- که به عنوان ثمره چندین میلیون ساله تکامل خلقت تصور میشود- در پوششی از استخوان های سفت و مهره ها قرار بگیرد.
بررسی این فرایند و یافتن رموز موجود در پس این تحول، در آینده به پزشکان کمک خواهد کرد در بسیاری از اختلالات و ناهنجاری های مادر زادی در ستون فقرات و جمجمه و حتی در ساختمان خود مغز از آن بهره ببرند.
آب دزدک دریایی مانند Ciona intestinalis نزدیک ترین بی مهره نزدیک به مهره داران است. لارو آن- که شبیه بچه وزغ است- برخی اندام ها و بافت ها را دارد که شبیه مهره داران رو به تکامل است.
کائوو همکاران او در مجله نیچر، اطلاعاتی در مورد چگونگی تظاهر ژن به دست آوردند تا تکامل جنینی لارو Ciona intestinalis را بسنجند و آن را با دیگر حیوانات طناب دار شامل حیوانات مهره دار و سفالوکودیت ها مقایسه کنند تا نگاهی باز را بر تکامل مهره داران بیفکنند.
آنالیز تک سلول برای تظاهر ژن، بسیاری از تحقیقات بیولوژیک را متحول کرده است. این مطالعات در مراحل مختلف تکامل جنینی، نشان داده است که چگونه سلول ها به گونه های مختلف سلولی تبدیل میشوند که وظایف مختلفی دارند و برخی از قسمت های جنینی را شکل میدهند.
برای نمونه بررسی ای- که روی جنین ماهی زبرا و قورباغه شده است- مشخص میکند، سه لایه سلولی که این جنین ها را تشکیل میدهد شامل اکتودرم، مزودرم و آندودرم، حداقل 50 نوع سلول دارند
و ردیف تظاهر ژنتیکی آنها یکسان است. مطالعات در این مورد که چگونه گونه های متفاوت، تکامل می یابد- پرده از کلیدهایی در مورد منشأ تکاملی آنها بر خواهد داشت.
چندین مزیت در مطالعه ابدزدک های دریایی وجود دارد: نزدیک ترین موجود مرتبط با مهره داران است و از آن، به عنوان منبعی برای شناخت تکامل ساختار مهره، در طی دوره امبریوژنز استفاده میشود.
و این، دوره تکاملی است که سلول ها در ساختاری چند لایه
به نام گاسترولا شناخته میشوند و در نهایت به تخم و لارو تبدیل میشوند و چند روز طول می کشد تا کامل شوند.
لارو این موجود فقط حدود 2500 نوع سلول دارد و مشخصا اندام های اختصاصی را شامل عضلات دو طرف و سیستم عصبی مرکزی و نوتوکورد ایجاد میکند و این، ساختاری لوله ای است که باعث ایجاد استخوان پشت، در مهره داران میشود و مشخصه تعیین کننده در همه طناب داران است.
مهره داران از سلف مشترک از دسته اسیدیان(ascidians) شامل C intestinalis و سفالوکوردیتی به نام آمفیاکسوس هستند؛ در حالی که آمفیاکسوس ساختاری شبیه مغز مهره داران ندارد و C intestinalis در حال تکامل، سلولهایی در یک کیسه حسی دارد. سلول ها در این سیستم عصبی چندین دسته از ژنهای تنظیم کننده دارند که در نورال کرست و پلاکود عرضه میشود و اینها مواردی هستند که در ساختارهای موجود در سیستم عصبی مهره داران، وجود دارد و این، نشان میدهد مغز ساده اسیدیانascidians، پیش سازهایی از این ساختارها دارد.
کائوو همکاران او نقشه ای از سلول ها را توضیح دادند که پیش ساز تلنسفال(telencephal) را نشان میدهد(بخشی از مغز مهره داران که در مهره داران پیچیده تر برای شناخت لازم است) و این در جلوی مغز لارو اسیدیان ها قرار دارد. نورال پلیت یا صفحه عصبی، منجر به ایجاد مغز و نخاع در مهره داران یا طناب عصبی در اوروکوردیت میشود.
ژنوم C intestinal، زنجیره آن پیگیری شده است و شبکه ای از ژن ها و مولکول های تنظیم کننده شناسایی شده است که نقشه بدنی حیوانات طناب دار را مشخص می کند. کائوو همکاران او 90 هزار سلول منفرد از C intestinal را در ده مرحله تکاملی از گاسترولا تا لارو در حال شنا بررسی کردند.
پژوهشگران این اطلاعات را در مورد تظاهر ژن، به کار بردند تا با دقت، تظاهر مارکر مولکولی نسل های متفاوت سلول ها را در نظر بگیرند و مسیرهای تکاملی سلول ها را بشناسند.
در حالی که قبلا تصور میشد، لارو C intestinalis
20 نوع سلول دارد کائو و همکاران او 60 نوع متفاوت سلولی را بررسی کردند. پروفایل ساده و قابل فهم انواع سلول های جنینی در مهره داران سفالوکوردیت امروز، ساده نبوده است.
مهره داران و مشابهان آنها یعنی اوروکوردیت- که شامل اسیدی(ascidian) ها هم هستند- به نظر میرسد سلف مشترکی با حیانات سفالوکوردیت مانند آمفیوکس داشته باشند.
مطالعات کائو و همکاران او، حداقل دو دیدگاه را به تکامل مهره داران از این سلف می اندازد و مورد دیگر سیستم عصبی مرکزی را بررسی میکند که به طور خاص در مهره داران پیچیده است.
لارو آمفیوکس شبیه ماهی هستند و نوتوکورد آنها شامل سلول های عضله به شکل سکه و سفت هستند. برعکس نوتوکوردهای لاروهای اسیدی و مهره داران، فاقد ویژگی عضلانی است وبر عکس سلول هایی دارد که دارای واکوئول های پر از مایع هستند که باعث سفتی حرکات منشا گرفته از عضله، در دم میشود. چگونه این نوتوکوردهای متفاوت، تکامل یافتند معلوم نیست.
کائو و همکاران او مدارکی از تظاهر ژن فراهم کردند که نوتوکورد C intestinalis ویژگی هایی از هر دو نوع را نشان میدهد. به خصوص قسمت جلویی نوتوکورد، مشابه این مورد در اسیدی ها و مهره داران است؛ در حالی که قسمت پشتی شامل سلول هایی است که ویژگی های عضلانی دارند و این مشابه لارو آمفیوکسوس است. با این همه چگونه C intestinalis بخش های جلویی و پشتی را به طور مستقل ایجاد میکند و آنها را به هم پیوند میدهد و یک اندام میکند، مشخص نیست.
بر اساس فرضیه سر جدید new head، تکامل مهره داران میتواند تا حد زیادی به علت ورود پلاکود در نورال کرست باشد و اینها دسته هایی از سلول ها هستند که منجر به بسیاری از بافت ها در سر و آرواره میشود. مطالعات قبلی تکاملی و ارتقا نشان داده است
C intestinalis نمونه های ابتدایی، این دو ویژگی کلیدی مهره داران را دارند.
برعکس سیستم عصبی مرکزی لارو امفیوکسوس که به خوبی سازمان یافتگی ندارد CNS لارو اسیدیان مشابه پیش سازهای مغز مهره داران است.
کائو وهمکاران او 41 نوع سلول عصبی را در C intestinalis پیدا کردند که شامل سلول های عصبی حسی محیطی و سلول های بین نورونی بود و نشان دادند که هر گروه، در یک منطقه خاص سیستم عصبی مرکزی قرار میگیرد و شامل وزیکول های حسی یعنی بخش جلویی CNS اوروکوردیت و گانگلیون حرکتی(یک دسته نورون ها که حرکت را کنترل می کند.)و کورد عصبی(دسته فیبرهای عصب
ی که در طول بدن حیونات طناب دار قرار میگیرد.)است.
کائو و همکاران او
همچنین می کوشند منشا تکاملی تلنسفال مغز مهره داران در بسیاری مهره داران درجه بالاتر را بیابند و بفهمند تلنسفال چگونه بزرگ میشود و برای ادراک و شناخت استفاده میشود. تظاهر ژن و مسیرهای تکاملی سلول ها در جلویی ترین قسمت صفحه عصبی (ساختار تکاملی که باعث ایجاد CNS میشود)؛ به خصوص سلول های حسی پالپ (برجستگی بافت اکتودرم در
جلوی لارو )و وزیکول حسی- که در قسمت کاملا جلو قرار دارد- اینها معادل تلنسفال مهره داران در بیمهرگان است.
پس تلنسفال مهره داران، ممکن است، از به هم پیوستن اکتودرم غیر عصبی در قسمت جلویی سیستم عصبی جلویی ایجاد شده باشد. یافتن پیش ساز تلنسفال مهره داران در لارو ascidi اشکالاتی را در مورد چگونگی ایجاد ساختار های ناهنجار در مغز مهره داران ایجاد میکند.
مسیرهای تکاملی و ژنتیکی مشابه ممکن است در ascidi ها و مهره داران وجود داشته باشد. ولی ساختمان بسیار پیچیده تر مغز مهره داران، نشان میدهد مغز آنها وظایف بسیار پیچیده تری را انجام میدهد.
مطالعات بیشتر با استفاده از آنالیز تک سلول بر روی لارو آمفیوکسوسلازم است تا بفهمیم چگونه ساختار پیچیده مغز، ایجاد شده است.
در دو دهه گذشته پیشرفت های زیادی در درک ما از مکانیسم های تکاملی، سلولی و مولکولی در زمینه ریشه های طنابداران و تکامل مهره داران انجام شده است. همانطور که به وسیله کائو و همکاران او انجام شده است، آنالیزهای تک سلولی در مورد تظاهرات ژنها درک ما را در مورد ایجاد و پیدایش انواع سلول ها- که ویژگی های خاص مهره داران را مشخص میکند- عمیقتر کرده است. این خط پژوهش ها همچنین اهمیت اطلاعات عمومی و محدودههای وسیع تحلیل های وسیع آنالیزها را بر روی شبکه های تنظیم کننده ژن، مشخص میکند.
مکانیسم های تکاملی مهره داران با مطالعات تکاملی رشدی بر اساس اطلاعات دقیق، همراه با جزییات از شبکه های تنظیم کننده ژن در سلول ها، بافت ها و اندام های منفرد است و اطلاعات جدید به وسیله روش های تشخیصی دیگر مانند مواردی- که ساختار پیچیدگی های DNA را در هسته های سلول های منفرد مشخص میکند- به وسیله وسایل محاسبات دقیق مشخص میگردد.
https://www.nature.com/articles/d41586-019-01967-0
آدرس مطب : اصفهان ، خیابان آمادگاه ، روبروی داروخانه سپاهان ، مجتمع اطبا ، طبقه اول
تلفن : 32223328 - 031
