کرمان رصد - زومیت / در بدن سازوکارهایی وجود دارد که به سلولها کمک میکند تا با دقت و هماهنگی در جایگاههای مناسبشان قرار بگیرند و به وظایف خاص خود بپردازند.
رشد انسان از گروه کوچکی از سلولهای توانمند آغاز میشود که میتوانند به هر یک از اجزای بدن تبدیل شوند و با تقسیم و تخصصی شدن، ساختارهای پیچیده بدن شکل میگیرد.
بازار ![]()
توانایی تخصصی شدن سلولها مشابه مهارتهای افراد در جامعه است و هر سلول باید بداند در کجا و چه چیزی شود تا عملکرد کلی سیستم بدن بهینه باشد.
مورفوژنها مولکولهایی هستند که گرادیانهای غلظت ایجاد میکنند و سلولها با واکنش به این گرادیانها، ژنهای خاصی را فعال میکنند تا خود را با موقعیتشان در بدن هماهنگ کنند.
برای حفظ دقت، مورفوژنها هم تولید و هم تخریب میشوند و سلولها از مکانیسمهایی مانند تخریب موضعی مورفوژنها استفاده میکنند تا موقعیت خود را دقیقتر تعیین کنند.
سلولها بهطور مستقیم با یکدیگر اطلاعات رد و بدل میکنند تا هماهنگی لازم برای توسعه دقیق اندامها و الگوهای پیچیده بدن حفظ شود.
با وجود تمام این سازوکارها، خطاهایی مانند تشکیل تراتومها ممکن است رخ دهد و بدن از طریق مقایسه مورفوژنها و استفاده از سیگنالهای الکتریکی یا مکانیکی تلاش میکند خطاها را اصلاح کند.
رشد هر یک از ما از گروه کوچکی از سلولها آغاز شده است که زمانی توانایی تبدیل شدن به هر یک از اجزای بدن را داشتند. به مرور که رشد کردیم، سلولها تقسیم شدند و تخصصی شدند، اما چگونه سلول بر اساس موقعیتش، میداند که باید به سلول مغز، استخوان یا کبد تبدیل شود؟
توانایی تخصصی شدن در زمینهای خاص برای هر جامعهای از اهمیت بالایی برخوردار است. افراد سالها وقت صرف میکنند تا در حوزههای محدود و خاص، مهارتهای خود را به حد اعلا برسانند. در حالی که ممکن است از شخصیتهایی چون داوینچی که در چندین زمینه به طور همزمان برجسته هستند، تجلیل کنیم، اگر همه افراد به این رویکرد روی آورند، جامعه با چالشهای جدی مواجه خواهد شد، چرا که کیفیت بیشتر کارها کاهش خواهد یافت.
هر موجود زنده، چه حیوان و چه گیاه، مشابه یک تمدن است. احتمالا سه میلیارد سال طول کشید تا زندگی شکل بگیرد و سلولها توانایی سازماندهی جمعی را پیدا کنند تا موجودات پیچیدهتری به وجود آورند. علاوه بر عوامل خارجی مانند کمبود اکسیژن، بخشی از این چالشها احتمالا به یافتن راهی برای اطمینان از اینکه هر سلول در جایگاه مناسب خود قرار گیرد، مربوط میشد. پس راهحل جادویی که به ما این امکان را داد به مجموعه 30 تریلیون سلولی تبدیل شویم که هر کدام وظیفه خود را به درستی انجام میدهند، چه بود؟
پاسخ این سوال هنوز درحال کامل شدن است، اما در مرکز آن، گرادیانهایی (شیب غلظت) قرار دارند که توسط مولکولهای خاصی به نام مورفوژنها ایجاد میشوند. دیانای هر سلول طوری برنامهریزی شده است که به فراوانی یک مورفوژن و همچنین به تغییرات آن در جهتهای مختلف واکنش نشان دهد. هنگامی که این شرایط فراهم شود، مورفوژنها سلول را تحریک میکنند تا ژنهایی را بیان کند که آن را به چیزی تبدیل کنند که برای آن موقعیت خاص لازم است.
سلولها برای تخصصی شدن به شیبهای مختلف مورفوژنها واکنش نشان میدهند و این واکنشها تعیینکننده نوع سلول و محل قرارگیری آنها در بدن هستند
برای برخی از سلولها، این اطلاعات تنها نیاز به دقت نسبی دارد، اما همانطور که پروفسور آرتور لندر از دانشگاه کالیفرنیا، ایروین، اشاره میکند برخی دیگر نیاز به دقت بسیار بیشتری دارند. بهویژه زمانی که بدن دچار آسیب شده باشد، سلولها باید دقیقا بدانند که در کجا قرار دارند تا بتوانند بهترین روش برای ترمیم آسیب را شناسایی کنند.
این بدین معناست که مورفوژنها نه تنها باید به طور مداوم تولید شوند، بلکه باید به طور پیوسته تخریب شوند تا گرادیانی حفظ شود که به اندازه کافی واضح باشد تا سلولها بتوانند از آن برای هدایت خود استفاده کنند. برخی از گیرندههای سلولی مورفوژنها را جذب کرده و آنها را تخریب میکنند تا تعادلی برقرار شود که منجر به ایجاد یک گرادیان پایدار شود.
گرچه، گرادیانهای مورفوژن نمیتوانند تمام داستان باشند. از یک سو، حفظ این گرادیان به طور کاملاً پایدار کاری تقریباً غیرممکن است. اگر سلولها هر بار که مورفوژنها در یک نقطه بیش از حد جمع میشدند، جهت خود را گم میکردند، اوضاع ممکن بود به هم بریزد.
همانطور که آیافال ساینس توضیح میدهد، سلولها روشهای بسیار هوشمندانهای برای مقابله با جنبه اندازهگیری پیدا کردهاند. به عنوان مثال، برخی از سلولها همان مورفوژنهایی را که برای تعیین موقعیت خود به آنها وابستهاند، تخریب میکنند. این کار در واقع نوعی تأیید دوباره یا گرفتن «نظر تکمیلی» است: اگر مطمئن نیستید گرادیان به کدام سمت میرود، مورفوژنهای اطراف خود را تخریب کرده و منتظر میمانید تا سیگنالی از منبع برسد که تصویر واضحتری از موقعیت شما فراهم کند. گرچه، این روش ممکن است موقتاً باعث شود الگو برای سلولهای دورتر از منبع سختتر خوانده شود.
همانطور که لندر توضیح میدهد، این مورد نمونهای از مجموعه پیچیده مصالحههایی است که سلولها هنگام تکیه بر اندازهگیری شیب غلظتها با آن روبهرو میشوند؛ آنها باید میان مقدار مورفوژنها و دقت اندازهگیری تعادل برقرار کنند. او میگوید: «معمولاً راهکاری که عملکرد را در یک بخش بهتر کند، باعث افت عملکرد در بخش دیگری میشود.»
آلن تورینگ، که واژه مورفوژن را برای اولین بار ابداع کرد، نظریهای جالب و پیشرفته مطرح کرد. او بیان داشت که الگوهای پیچیدهای مانند لکههای روی پوشش پلنگ، میتوانند تنها به وسیله دو عامل که به طور متقابل یکدیگر را متعادل میکنند، شکل بگیرند. این دو عامل یکی به عنوان محرک و دیگری به عنوان مهارکننده عمل میکنند. به عبارت دیگر، یکی از این مولکولها به رشد و توسعه سلولها در یک منطقه خاص کمک میکند، در حالی که دیگری از رشد بیش از حد آن جلوگیری میکند. این تعادل میان دو عامل باعث ایجاد الگوهایی پیچیده و هماهنگ در بدن میشود. این ایده بهطور گستردهای پذیرفته شد و به عنوان یکی از نظریات کلیدی در زیستشناسی مطرح گردید، اما اثبات آن تنها در سال 2014، شصت سال پس از مرگ تورینگ، با انجام آزمایشاتی در آزمایشگاهها ممکن شد.
شناسایی مورفوژنها
با اینکه ایده مورفوژنها برای اولین بار در اوایل قرن بیستم مطرح شد و سپس توسط آلن تورینگ در دهه 1950 تکمیل و توسعه یافت، شناسایی اولین مورفوژنها تا سال 1980 ممکن نشد. این پیشرفت بهخاطر تلاشهای علمی بسیار، به ویژه کارهای کریستیان نُسلین-فولهاد، ممکن گردید که در سال 1995 بهخاطر کشف مورفوژنها در مگسهای میوه، جایزه نوبل پزشکی را دریافت کرد.
جالب است که این کشف اولیه تنها در مگسهای میوه اتفاق افتاد و در آن زمان مورفوژنهای انسانی هنوز شناسایی نشده بودند. بعداً، با پیشرفتهای علمی بیشتر، مورفوژنهای مربوط به انسانها نیز شناسایی شدند، که این خود به درک بهتری از فرآیندهای بیولوژیکی پیچیده مانند رشد و شکلگیری اندامها در انسان و دیگر موجودات زنده منجر شد.
در بدن پستانداران، اسید رتینوئیک بهعنوان یکی از مورفوژنهای کلیدی عمل میکند و به سلولها کمک میکند تا در مراحل اولیه توسعه بدن، خود را به سر یا دم تبدیل کنند
با توجه به اینکه در بدن یک پستاندار تعداد زیادی اندام مختلف باید شکل بگیرند، سلولها نیاز دارند تا ازطریق مورفوژنهای مختلف، از جمله اسید رتینوئیک، بدانند که باید به کدام بخش از بدن تبدیل شوند.
اسید رتینوئیک، که به عنوان یک مورفوژن اولیه شناخته میشود، نقش بسیار مهمی در این فرآیند ایفا میکند. این مولکول میتواند یکی از انتهای جنین را به عنوان سر و انتهای دیگر را به عنوان بخش عقبی یا دم شناسایی کند. در حقیقت، اسید رتینوئیک به سلولها دستور میدهد که در این ساختار کلی، کجا قرار دارند و باید به کدام بخش تبدیل شوند. به علاوه، این مورفوژن باعث فعال شدن ژنهای خاصی به نام Hox میشود که مسئول تنظیم فرآیند رشد سلولها هستند. این ژنها به سلولها کمک میکنند تا خود را به گونهای توسعه دهند که مناسب با موقعیت خاصشان در بدن باشد، به طوری که هر سلول در نهایت به اندام یا بخشی از بدن تبدیل شود که نیاز است، مانند سلولهای کبد، مغز یا استخوان.
زیستشناسی به طور طبیعی فرآیند توسعه شکل بدن را آغاز میکند و پس از شروع این فرآیند، اسید رتینوئیک وارد عمل میشود و نقشهای جدیدی را در بدن ایفا میکند. یکی از این نقشها، تنظیم عملکرد سیستم ایمنی و کمک به تولید اسپرم است. به عبارت دیگر، اسید رتینوئیک پس از کمک به شکلگیری ساختارهای اولیه بدن، در فرآیندهای دیگری نیز دخیل میشود.
زمانی که بدن در حال رشد است و میداند که کجا کدام بخش قرار دارد و چگونه باید ساختارهای مختلف تشکیل شوند، مورفوژنهای دیگری وارد عمل میشوند تا فرآیند رشد را دقیقتر هدایت کنند. یکی از این مورفوژنها، پروتئین سونیک هِجهاگ است که نقش بسیار مهمی در سازماندهی سیستم عصبی مرکزی و توسعه اندامها دارد. این پروتئین به سلولها کمک میکند تا در محل مناسب خود قرار گیرند و به ساختارهای پیچیدهای مانند مغز، نخاع و اندامهای مختلف تبدیل شوند.
حداقل 13 نوع پروتئین مورفوژن استخوانی شناخته شدهاند که همانطور که از نامشان پیداست، فرآیند ساخت استخوانها را کنترل میکنند. این پروتئینها به سلولها دستور میدهند که نسبت به سایر سلولها کجا قرار دارند و به همین دلیل، شکل مورد نظر خود را میگیرند. علاوه بر این، آنها بر تشکیل غضروف تأثیر میگذارند و بسیاری از بافتهای دیگر بدن را تحت تاثیر قرار میدهند.
با وجود این که فهرست مورفوژنها کامل نیست، نشان داده شده که بسیاری از سلولها بهویژه در اندامهای پیچیدهای مانند مغز به چندین گرادیان مورفوژن مختلف پاسخ میدهند.
پشتیبانیهای بیولوژیکی
با وجود همه این سازوکارها، باز هم نمیتوان تضمین کرد که هر سلول دقیقاً در جای درست خود قرار بگیرد. به همین دلیل، سلولها بهطور مستقیم با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند و اطلاعات لازم را رد و بدل میکنند تا فرآیند رشد و توسعه بدن بهطور دقیق انجام شود.
تبادل اطلاعات میان سلولها به سلولها کمک میکند تا هماهنگ با یکدیگر عمل کنند و هرکدام به وظیفه خود در ساختار کلی بدن بپردازند. یکی از نمونههای شناخته شده این فرآیند، در توسعه بالهای مگس میوه مشاهده شده است. در این حشره، سلولها بهطور هماهنگ و دقیق با یکدیگر ارتباط برقرار میکنند تا الگوی خاص و منظم بالها شکل بگیرد.
با وجود تمام این مکانیزمها، گاهی اوقات همه چیز طبق برنامه پیش نمیرود. تراتومها تومورهای عجیبی هستند که وقتی بهوجود میآیند که سلولها در جایی از بدن که اصلاً مناسب این ساختارها نیست، به چیزهایی تبدیل میشوند که نباید بشوند؛ (مثل دندان یا تودهای شبیه مغز). این وضعیت مثل وقتی است که یک فرد بیتجربه فکر میکند بیشتر از متخصص میفهمد.
فرآیندهای بیولوژیکی پیچیدهای مانند ترمیم بافت پس از آسیب بهوسیله سلولها، مستلزم شناسایی دقیق موقعیت آنها و واکنش مناسب به سیگنالهای مورفوژنها است
بدن روشهایی دارد تا متوجه شود یک سلول ممکن است در آستانه اشتباه کردن باشد. برای مثال، سلولها میزان انواع مختلف مورفوژنها را با هم مقایسه میکنند. اگر نسبت این مورفوژنها با هم درست نباشد، بدن این عدم تعادل را بهعنوان هشدار در نظر میگیرد و سلول یا سیستم بدن دوباره وضعیت را بررسی میکند تا از اشتباه جلوگیری شود.
علاوه بر مولکولها، سلولها ممکن است از روشهای دیگری نیز برای تنظیم بیان ژنها استفاده کنند. یکی از این روشها، استفاده از میدانهای الکتریکی یا سیگنالهای مکانیکی است. این سیگنالها میتوانند به سلولها کمک کنند تا میزان بیان ژنها را افزایش یا کاهش دهند، بسته به نیازهای خاص بدن در هر لحظه. با این حال، چگونگی دقیق وقوع این فرآیندها و میزان تأثیرگذاری آنها هنوز بهطور کامل مشخص نشده است و نیاز به تحقیقات بیشتری دارد تا به درک بهتری از این مکانیسمها دست یابیم.