راز فلس‌های تمساح فاش شد: ژنتیک، تنها دلیل تنوع نیست!

رمزگشایی از تنوع ظاهری جانداران

چطور میشه تنوع ساختاری موجودات زنده رو توضیح داد؟ هرچند معمولاً برای جواب دادن به این سؤال، به ژنتیک اشاره می‌کنیم، اما این تنها راه حل نیست. یه گروه چند رشته‌ای از دانشگاه ژنو (UNIGE) با ترکیب مشاهدات رشد جنین، میکروسکوپ‌های پیشرفته و مدل‌سازی کامپیوتری نشون میدن که فلس‌هایِ سر تمساح‌ها، نتیجه‌ی مکانیک بافت‌های در حال رشده، نه صرفاً ژنتیک مولکولی. درواقع، تنوع این فلس‌های سر که تو گونه‌های مختلف تمساح دیده می‌شه، از تکامل ویژگی‌های مکانیکی مثل سرعتِ رشد و سفتی پوست سرچشمه می‌گیره. این یافته‌ها، که تو مجله‌ی Nature منتشر شده، نگاه تازه‌ای به نیروهای فیزیکی دخیل در رشد و تکامل اشکالِ زنده می‌اندازه.

راز تنوع و پیچیدگی‌های ظاهری

منشأ تنوع و پیچیدگی‌های ظاهری موجودات زنده، هنوز یکی از بزرگ‌ترین معماهای علمِ. برای حل این معما، دانشمندا دارن گونه‌های مختلفی رو بررسی می‌کنن. آزمایشگاه میشل میلینکوویچ که استاده تو دپارتمان ژنتیک و تکامل دانشکده‌ی علوم UNIGE، داره رشد و تکامل زائده‌های پوستی مهره‌داران مثل پَر، مو و فلس رو بررسی می‌کنه تا مکانیزم‌های اصلی مسئول این تنوع رو درک کنه. رشد جنینی این زائده‌ها معمولاً به عنوان یه فرایند شیمیایی در نظر گرفته میشه که شامل تعامل مولکول‌های گوناگون ناشی از بیان ژن‌هاست.

رشد فلس‌های سر تمساح

این گروه قبلاً نشون داده بود که رشد جنینی فلس‌های سر تمساح، برخلاف فلس‌های بدن، از یه فرآیندی میاد که شبیه ترک خوردن یه ماده تحت فشار مکانیکی‌ـه. با این حال، ماهیت دقیق این فرایند فیزیکی هنوز معلوم نبود. حالا این دانشمندا با یه کار جدید و خیلی چند رشته‌ای، این معما رو حل کردن. اول، اونا پیدایش فلس‌های سر رو تو طول رشد جنین تمساح نیل که حدود ۹۰ روز طول می‌کشه، دنبال کردن. در حالی که پوست فک تا روز ۴۸ صاف می‌مونه، چین‌وچروک‌های پوستی حدود روز ۵۱ ظاهر می‌شن. این چین‌وچروکا بعداً گسترش پیدا می‌کنن و به هم وصل می‌شن تا فلس‌های چندضلعی نامنظم رو بسازن، از جمله فلس‌های بزرگ و کشیده در بالای پوزه و فلسای کوچیک‌تر در کناره‌های فک.

تحقیقات جدید در مورد چروک‌های پوست تمساح

اگر پوست یه حیوان سریع‌تر از بافت زیرش که بهش وصله رشد کنه، انتظار می‌ره که پوست چروک بخوره و تا بشه، چون رشدش محدوده. تیم تحقیقاتی بررسی کردن که آیا این فرایند می‌تونه توضیح بده که چرا چین‌وچروک‌های پوستی و در نهایت فلس‌ها تو تمساحای جنینی بوجود میان. به همین خاطر، یه روشی ابداع کردن که با تزریق یه هورمون به تخم تمساح‌ها، باعث فعال شدن رشد اپیدرم و سفت شدن اون می‌شد – هورمون EGF (فاکتور رشد اپیدرمی).

دانشمندا دیدن که فعال شدن رشد و سفت شدن سطح پوست باعث ایجاد تغییرات چشمگیری تو سازمان‌دهی چین‌وچروک‌های پوستی می‌شه. «ما دیدیم که پوست جنین، غیرعادی چروک می‌خوره و یه شبکه‌ی پیچیده شبیه چین‌وچروک‌های مغز انسان تشکیل می‌ده. خیلی جالبه که وقتی این تمساحای تحتِ درمان با EGF از تخم در میان، این چروک‌های مغزی تبدیل به الگوی فلس‌های خیلی کوچیک‌تری می‌شن که قابل مقایسه با فلس‌های یه گونه‌ی دیگه از تمساح‌ها – یعنی کایمن – هستن»، اینا رو گابریل سانتوس-دوران و روری کوپر، پژوهشگرای پسادکتری آزمایشگاه میشل میلینکوویچ و نویسنده‌های همکار این مطالعه توضیح می‌دن.

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

مدل سه‌بعدی رشد فک

بعدش دانشمندا از یه روش تصویربرداری پیشرفته به اسم «میکروسکوپ نوری لایه‌ای» استفاده کردن تا سرعت رشد و شکل بافت‌های مختلف (اپیدرم، درم و استخوان) که سر جنین رو می‎سازن، همراه با سازمان‌دهی الیاف کلاژن تو درم، رو اندازه‌گیری کنن. گروه از این اطلاعات برای ساخت یه مدل کامپیوتری سه‌بعدی (3D) استفاده کردن تا رشد محدود پوست رو شبیه‌سازی کنن. این مدل همچنین به محققا این امکان رو داد تا تأثیر تغییر سرعت رشد و سفتی لایه‌های بافت رو بررسی کنن.

«با بررسی این ویژگی‌های مختلف، می‌تونیم شکل‌های مختلف فلس‌های سر تمساحای نیل رو هم با درمان EGF و هم بدون اون تولید کنیم، همچنین فلس‌های تمساح کایمن یا تمساح آمریکایی. این شبیه‌سازی‌های کامپیوتری نشون می‌ده که مکانیکِ بافت می‌تونه به راحتی تنوعِ شکل بعضی از ساختارهای آناتومیکی تو گونه‌های مختلف رو توضیح بده، بدون اینکه نیازی به دخالت عوامل ژنتیکی مولکولی پیچیده باشه»، این رو ابراهیم جهان‌بخش، مهندس کامپیوتر تو آزمایشگاه میشل میلینکوویچ و نویسنده همکار این مطالعه، نتیجه گیری می‌کنه.