تخم‌مرغ یا مرغ؟ راز کهن سلول‌های تک‌یاخته‌ای پرده‌برداری شد

کشف گونه‌ای جدید از میکروارگانیسم‌ها

گونه‌ای تک‌سلولی به نام Chromosphaera perkinsii در سال ۲۰۱۷ در رسوبات دریایی اطراف هاوایی کشف شد. اولین نشانه‌های وجود این موجود به بیش از یک میلیارد سال پیش برمی‌گردد، زمانی که هنوز نخستین حیوانات ظاهر نشده بودند. یک تیم از دانشگاه ژنو (UNIGE) مشاهده کرده است که این گونه ساختارهای چندسلولی را تشکیل می‌دهد که شباهت‌های چشمگیری به جنین‌های حیوانی دارند.

پیشرفت‌های ژنتیکی قبل از ظهور حیوانات

این مشاهدات نشان می‌دهد که برنامه‌های ژنتیکی مسئول توسعه جنینی پیش از ظهور حیات حیوانی وجود داشته‌اند، یا اینکه C. perkinsii به‌طور مستقل تکامل یافته و فرآیندهای مشابهی را توسعه داده است. بنابراین، به نظر می‌رسد که طبیعت ابزارهای ژنتیکی لازم برای “خلق تخمک‌ها” را مدت‌ها قبل از “اختراع مرغ‌ها” در اختیار داشته است. این مطالعه در نشریه Nature منتشر شده است.

تکامل حیات بر روی زمین

اولین اشکال حیات که بر روی زمین ظاهر شدند، تک‌سلولی بودند؛ یعنی از یک سلول واحد تشکیل شده بودند، مانند مخمر یا باکتری‌ها. بعدها، حیوانات — موجودات چندسلولی — از یک سلول، یعنی سلول تخم، تکامل یافتند تا موجودات پیچیده‌تری را شکل دهند. این توسعه جنینی مراحل دقیقی را دنبال می‌کند که به‌طور قابل توجهی در بین گونه‌های حیوانی مشابه است و می‌تواند به دوره‌ای برگردد که پیش از ظهور حیوانات بوده است. با این حال، انتقال از گونه‌های تک‌سلولی به موجودات چندسلولی همچنان به‌خوبی درک نشده است.

تحقیقات بر روی C. perkinsii

اومایا دودین، که به‌تازگی به‌عنوان استادیار در دپارتمان بیوشیمی دانشکده علوم UNIGE منصوب شده و قبلاً محقق SNSF Ambizione در EPFL بوده، و تیمش بر روی Chromosphaera perkinsii، یک گونه اجدادی از پروتیست‌ها، تمرکز کرده‌اند.

کشفاتی درباره تک‌سلولی‌ها و گذار به چندسلولی‌ها

این موجود تک‌سلولی که بیش از یک میلیارد سال پیش از خط تکاملی جانوری جدا شده است، بینش‌های ارزشمندی درباره مکانیزم‌هایی که ممکن است به انتقال به چندسلولی بودن منجر شده باشد، ارائه می‌دهد. با مشاهده C. perkinsii، دانشمندان دریافتند که این سلول‌ها پس از رسیدن به حداکثر اندازه خود، بدون اینکه بیشتر رشد کنند، تقسیم می‌شوند و کلونی‌های چندسلولی را تشکیل می‌دهند که شبیه مراحل اولیه توسعه جنینی جانوران هستند.

به طور بی‌سابقه‌ای، این کلونی‌ها حدود یک‌سوم از چرخه زندگی خود را حفظ می‌کنند و شامل حداقل دو نوع سلول متمایز هستند؛ پدیده‌ای شگفت‌انگیز برای این نوع موجودات. «اگرچه C. perkinsii یک گونه تک‌سلولی است، این رفتار نشان می‌دهد که فرآیندهای هماهنگی و تمایز چندسلولی در این گونه وجود دارد، مدت‌ها قبل از اینکه اولین جانوران بر روی زمین ظاهر شوند»، توضیح می‌دهد اومایا دودین، که رهبری این تحقیق را بر عهده داشته است.

حتی جالب‌تر اینکه، نحوه تقسیم این سلول‌ها و ساختار سه‌بعدی که به خود می‌گیرند، به طرز شگفت‌انگیزی یادآور مراحل اولیه توسعه جنینی در جانوران است. در همکاری با دکتر جان برنز از آزمایشگاه بیگلو برای علوم اقیانوسی، تحلیل فعالیت ژنتیکی درون این کلونی‌ها شباهت‌های جالبی را با آنچه در جنین‌های جانوری مشاهده می‌شود، نشان داد و پیشنهاد می‌کند که برنامه‌های ژنتیکی حاکم بر توسعه پیچیده چندسلولی، بیش از یک میلیارد سال پیش وجود داشته‌اند.

مارین اولیوتا، تکنسین آزمایشگاه در دپارتمان بیوشیمی دانشکده علوم UNIGE و نویسنده اول این مطالعه، توضیح می‌دهد: «این واقعاً شگفت‌انگیز است، گونه‌ای که به تازگی کشف شده، به ما اجازه می‌دهد به بیش از یک میلیارد سال پیش برگردیم.» در واقع، این مطالعه نشان می‌دهد که یا اصل توسعه جنینی قبل از ظهور جانوران وجود داشته، یا مکانیزم‌های توسعه چندسلولی به طور جداگانه در C. perkinsii تکامل یافته‌اند.

این کشف همچنین می‌تواند نور جدیدی بر یک بحث علمی قدیمی درباره فسیل‌های ۶۰۰ میلیون ساله‌ای که شبیه جنین‌ها هستند بیفکند و ممکن است برخی تصورات سنتی درباره چندسلولی بودن را به چالش بکشد.