راز فلس‌های کروکدیل فاش شد: ژنتیک تنها دلیل تنوع نیست!

چطور می‌شه تنوع ریخت‌شناختی موجودات زنده رو توضیح داد؟

اگهچه معمولاً اولین جوابی که به این سوال می‌دن ژنتیکه، ولی خب همه چیز این نیست. یه گروه چند رشته‌ای از دانشگاه ژنو (UNIGE) که از توسعه جنینی، میکروسکوپ‌های پیشرفته و مدل‌سازی کامپیوتری استفاده کردن، نشون دادن که فلس‌های سر کروکدیلا به خاطر مکانیک بافت‌های در حال رشد به وجود میان، نه به خاطر ژنتیک مولکولی. بنابراین، تنوع این فلس‌های سر که تو گونه‌های مختلف کروکدیلا دیده می‌شه، به خاطر تکامل پارامترهای مکانیکی مثل سرعت رشد و سفتی پوست هست. این نتایج که تو مجله Nature چاپ شده، یه دید جدیدی به نیروهای فیزیکی که تو توسعه و تکامل شکل‌های زنده نقش دارن، می‌ده.

راز تنوع ریخت‌شناختی موجودات زنده

منشا تنوع و پیچیدگی‌های ریخت‌شناختی موجودات زنده هنوز یه معمای بزرگه. دانشمندا برای حل این معما دارن روی طیف گسترده‌ای از گونه‌های مختلف کار می‌کنن. آزمایشگاه میشل میلینکوویچ که استاد دپارتمان ژنتیک و تکامل دانشگاه UNIGE هست، داره توسعه و تکامل زوائد پوستی مهره‌دارا مثل پرها، موها و فلس‌ها رو بررسی می کنه تا مکانیزم‌های اصلی که باعث این تنوع می‌شن رو درک کنه. معمولا فکر می‌کنن توسعه جنینی این زوائد یه فرایند شیمیاییه که توش مولکول‌های مختلف با هم تعامل دارن و اینم نتیجه بیان ژناست.

توسعه فلس‌های سر کروکدیل

این تیم قبلاً نشون داده بود که توسعه جنینی فلس‌های سر کروکدیل، برعکس فلس‌های بدن، یه فرایندیه که شبیه گسترش ترک‌ها تو یه ماده زیر تنش مکانیکیه. با این حال، ماهیت دقیق این فرایند فیزیکی هنوز معلوم نبود. حالا این دانشمندا با کار جدید و چند رشته‌ای‌شون این معما رو حل کردن. اول از همه، اونا ظهور فلس‌های سر رو تو طول توسعه جنین کروکدیل نیل که حدود 90 روز طول می‌کشه، دنبال کردن. در حالی که پوست پوشاننده فک‌ها تا روز 48 صاف باقی می‌مونه، چین و چروک‌های پوستی حدود روز 51 ظاهر می‌شن. این چین و چروک‌ها بعدا گسترش پیدا می‌کنن و به هم می‌چسبن تا فلس‌های چندضلعی نامنظم رو بسازن، که شامل فلس‌های بزرگ و کشیده بالای پوزه و واحدهای کوچکتر تو طرفین فک‌ها می‌شه.

تحقیقای جدید درباره شکل گرفتن چین و چروک‌های پوستی تو تمساحا

اگه پوست یه حیوون سریع‌تر از بافت زیرش که بهش وصله، رشد کنه، انتظار می‌ره که پوستش چین و چروک بشه، چون رشدش محدود شده. تیم تحقیقاتی رفت سراغ این موضوع که ببینه آیا این فرایند می‌تونه توضیح‌دهنده ظهور چین و چروک‌های پوستی و در نتیجه، فلس‌ها تو تمساح‌های جنینی باشه یا نه. برای همین، یه روشی درست کردن که هورمون رو به تخم‌های تمساح تزریق کنن که باعث فعال شدن رشد اپیدرم و سفت شدن اون می‌شه — EGF (فاکتور رشد اپیدرمی).

دانشمندا فهمیدن که فعال شدن رشد و بیشتر شدن سفتی سطح پوست، تغییرات قابل توجهی تو سازمان‌دهی چین و چروک‌های پوستی ایجاد می‌کنه. «دیدیم که پوست جنین به طور غیرطبیعی چین می‌خوره و یه شبکه پیچیده شبیه به چین و چروکای مغز انسان درست می‌کنه. خیلی عجیبه که وقتی این تمساحایی که با EGF درمان شدن تخم‌گذاری می‌کنن، این چین و چروک‌های شبیه به مغز، تبدیل به الگوی فلس‌های خیلی کوچکتری می‌شه که قابل مقایسه با فلس‌های یه گونه دیگه از تمساحا — یعنی کایمن — هست»، اینا رو گابریل سانتوس-دوران و روری کوپر گفتن، که پژوهشگرای پسا دکتری تو آزمایشگاه میشل میلینکوویچ و نویسنده‌های مشترک این مطالعه هستن.

بنابراین، تغییرات تو سرعت رشد و سفت شدن پوست، یه مکانیزم تکاملی ساده فراهم می‌کنه که می‌تونه تنوع زیادی از شکل‌های فلس‌ها رو تو گونه‌های مختلف تمساحا ایجاد کنه.

مدل سه‌بعدی توسعه فک

بعد دانشمندا از یه روش تصویربرداری پیشرفته به اسم «میکروسکوپ نوری لایه‌ای» استفاده کردن تا سرعت رشد و هندسه بافتای مختلف (اپیدرم، درم و استخوان) که سر جنین رو می‌سازن، بعلاوه سازمان‌دهی الیاف کلاژن تو درم رو اندازه‌گیری کنن. تیم از این اطلاعات برای ساختن یه مدل کامپیوتری سه‌بعدی (3D) استفاده کرد تا رشد محدود پوست رو شبیه‌سازی کنه. این مدل همچنین به محققا اجازه داد تا تاثیرات تغییرات سرعت رشد و سفتی لایه‌های بافت رو بررسی کنن.

«با بررسی این پارامترای مختلف، می‌تونیم شکلای مختلف فلس‌های سر تمساحای نیل رو هم با درمان EGF و هم بدون اون تولید کنیم، همینطور کایمن عینکی یا تمساح آمریکایی. این شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشون می‌دن که مکانیک بافت به راحتی می‌تونه تنوع شکلای بعضی از ساختارهای آناتومیکی تو گونه‌های مختلف رو توضیح بده، بدون اینکه نیاز باشه عوامل ژنتیکی مولکولی پیچیده توش دخیل باشن»، این نتیجه‌گیری رو ابراهیم جهان‌بخش کرد، که مهندس کامپیوتر تو آزمایشگاه میشل میلینکوویچ و نویسنده مشترک این مطالعه‌س.