رد انسان از ۶۰۰میلیون سال پیش زده شد!

فرارو: بر اساس یک مطالعه جدید، بسیاری از بی مهرگان دریایی امروزی، از جمله اسفنج‌ها و چتر دریایی، کروموزوم‌هایی با همان ساختار باستانی دارند که بیش از ۶۰۰ میلیون سال پیش از اجداد اولیه خود به ارث برده بودند. این یافته شگفت‌انگیز نشان از وجود «تکامل محافظه‌کارانه» دارد که می‌تواند یک پیوند کلیدی بین موجودات زنده امروزی، از جمله انسان‌ها، با اجداد بسیار دورشان فراهم می‌کند.

نویسنده ارشد این مطالعه، دانیل رخسار، رئیس مارتللا فوسکت براون در گروه زیست‌شناسی مولکولی و سلولی دانشگاه کالیفرنیا برکلی، گفت: «این دستاورد جدید بر این نکته تأکید می‌کند که حتی در چیزی به اندازه کروموزوم‌ها، حیوانات مختلف شبیه یکدیگر هستند. این یکی از دلایلی مهمی است که ما می‌توانیم با مطالعه موجوداتی مانند مگس‌های میوه، کرم‌های نماتد، چتر دریایی و دیگر جانداران مشابه، در مورد زیست‌شناسی انسان اطلاعات بیشتری بدست بیاوریم.»

تجزیه و تحلیل جدید پیش بینی می‌کند که اولین حیوانات چند سلولی، ژن‌های خود را در ۲۹ جفت واحد کروموزومی باستانی حمل می‌کردند. از آنجایی که اولین حیوانات در اقیانوس‌ها پدید آمدند و به بی مهرگان مختلف، از اسفنج گرفته تا کرم تا انسان تکامل یافتند، بسیاری از این کروموزوم‌ها برای نیم میلیارد سال دست نخورده باقی مانده اند. برای مقایسه، انسان‌ها اکنون دارای ۲۳ جفت کروموزوم هستند که در مجموع ۴۶ جفت کروموزوم است که حاصل دو تکرار و ادغام‌های متعدد و بازآرایی‌های کروموزومی از زمان حیوانات اولیه است.

این مطالعه که توسط دنیل رخسار و اولگ سیماکوف از دانشگاه وین در اتریش انجام شد، اولین موردی است که موقعیت کروموزومی ژن‌های موجود در حیوانات مختلف مانند اسفنج، چتر دریایی، گوش ماهی و سایر بی‌مهرگان آبزی را با هم مقایسه می‌کند و تغییرات استنباط شده و نادر در سازمان کروموزوم آن‌ها را مورد مطالعه قرار می‌دهد. اگرچه این نوع تجزیه و تحلیل برای مگس‌های میوه و بسیاری از مهره‌داران از جمله انسان انجام شده است، اما اخیراً ژنوم در مقیاس کروموزومی برای بی‌مهرگان مختلف نیز مشخص شده است.

تکامل محافظه کارانه

با استفاده از تکنیک‌های پیشرفته‌تر برای شناسایی اینکه کدام ژن‌ها در هنگام جمع شدن کروموزوم به یکدیگر نزدیک هستند، دانشمندان در چند سال گذشته شروع به تخصیص ژن‌ها به کروموزوم‌ها در چندین بی‌مهره از جمله؛ نیزه فلوریدا (یک نوع موجود دریایی کف مانند که به نام آمفیوکسوس نیز شناخته می‌شود)، ماهی گوش، اسفنج آب شیرین و چتر دریایی آتشین، کردند. رخسار، سیماکوف و تیم آن‌ها این مجموعه را با تعیین توالی‌های کروموزومی حیوان پنجم، یعنی هیدرا Hydra vulgaris که نوع دیگری از cnidarian است، گسترش دادند.

رخسار می‌گوید: «آنچه ما پیدا کردیم قابل توجه است؛ اگر این پنج گونه را با یکدیگر مقایسه کنید، متوجه می‌شوید که حفاظت گسترده‌ای وجود دارد. در بسیاری از موارد، کروموزوم‌های کامل یا قطعات بزرگ کروموزوم در کنار هم مانده اند. یک کروموزوم کامل در یک اسفنج ممکن است با کروموزوم یک چتر دریایی مطابقت داشته باشد. آن‌ها دقیقاً به یک شکل سازماندهی نشده اند، اما در این مقیاس‌های طولانی مدت، یک کروموزوم مانند کیسه‌ای از ژن‌ها رفتار می‌کند که یکپارچگی خود را از ابتدای پیدایش حیوان در دوران پیش از کامبرین حفظ کرده است.»

هنگامی که محققان در نمونه بی مهرگان خود کشف کردند که ژن‌ها تمایل دارند در یک کروموزوم با هم باقی بمانند، چیزی که با عنوان synteny به معنای «روی یک رشته» نامیده می‌شود. بر همین اساس آن‌ها پیش بینی کردند که همین امر باید در مورد سایر بی مهرگان از جمله خارپشت دریایی و انواع کرم‌ها و نرم تنان نیز صادق باشد. هنگامی که آن‌ها به کروموزوم‌های این موجودات نگاه کردند، به حفاظت مشابهی از DNA در سراسر کروموزوم‌ها پی بردند. به نظر می‌رسید که همه به همان ۲۹ جفت کروموزومی که در اجداد اولیه حیوانات وجود داشتند، بازمی‌گردند.

این دستاورد برای انسان و سایر مهره داران چه معنایی دارد؟

چان زاکربرگ بیولوژیست و عضو موسسه ژنوم مشترک در آزمایشگاه ملی لارنس برکلی، گفت: «اگر آمفیوکسوس را با گوش ماهی و سپس نمایندگان بسیاری از مهره داران مختلف مقایسه کنید، می‌بینید که ۱۸ گروه مختلف از ژن‌ها وجود دارد که به نظر می‌رسد همیشه به هم می‌چسبند. آن‌ها همیشه با هم بر روی یک قطعه DNA حرکت می‌کنند، و بنابراین ساده‌ترین تفسیر این است که ۱۸ کروموزوم در جد پیش مهره داران وجود داشته است.»

رخسار و تیمش مدت‌هاست باور داشتند که کروموزوم‌ها بیش از آنچه که قبلاً تصور می‌شد، حفظ می‌شوند. در طول ۲۰ سال گذشته، او و گروهش توالی یابی و ژنوم‌های حیوانات مختلف، از جمله سرپیچ دریایی، پلاکوزوآر، گونه‌های مختلفی از اسفنج، شقایق دریایی، اختاپوس، کرم بلوط، زالو، لیمپت و کرم چندشاهی را مورد تجزیه و تحلیل قرار داده اند. اگرچه ژنوم‌های اولیه اغلب تکه تکه شده بودند، با این وجود نشانه‌هایی از وجود گروه‌های ژنی حفاظت شده باستانی وجود داشت که در حیوانات مختلف به هم مرتبط بودند. اکنون فن آوری‌های جدیدتر که امکان تعیین کل کروموزوم‌ها را فراهم می‌کند، این فرضیه‌های اولیه را تایید کرده است.

این واقعیت که ژن‌های بی‌مهرگان مختلف به‌رغم صد‌ها میلیون سال تکامل مستقل، به طور شگفت انگیزی هنوز هم در کنار هم قرار می‌گیرند، می‌تواند نشان دهد که پرش ژن‌ها در میان کروموزوم‌ها بسیار سخت‌تر از آن چیزی است که دانشمندان از مطالعات خود بر روی مهره‌داران فرض می‌کردند. ممکن است دلایل ناشناخته‌ای وجود داشته باشد که چرا مجموعه‌هایی از ژن‌ها اینگونه کنار هم باقی می‌مانند. یکی از نمونه‌های معروف، ژن‌های Hox است که تعیین می‌کند کدام بخش جنین حیوان سر را تشکیل می‌دهد و کدام دم. این ژن‌ها همه در یک کروموزوم و در اکثر بی مهرگان جمع شده اند و این خوشه بندی برای استقرار آن‌ها در طول تکامل مهم است. رخسار گفت: خوشه بندی عملکردی این ژن‌ها ممکن است یک استثنا باشد، با این حال، هنوز هیچ مدرکی مبنی بر اینکه خوشه‌های یافت شده در مطالعه اخیر از نظر عملکردی مرتبط هستند، وجود ندارد.

به نظر می‌رسد این حفظ کروموزوم‌ها در مورد بی مهرگان متوقف شده، زیرا در اوایل تکامل مهره داران، کل ژنوم دو بار در دودمان منتهی به مهره داران آرواره دار تکرار شد، گروهی که شامل پستانداران، پرندگان، خزندگان، دوزیستان و بیشتر ماهی‌ها می‌شود. در طول این تکرار‌های بزرگ، یک سری از سازماندهی مجدد کروموزومی، ژنوم اولین مهره داران آرواره دار را شکل داد که در نهایت باعث پیدایش انسان شد. رخسار و همکارانش با ردیابی گروه‌هایی از ژن‌ها در حین حرکت از کروموزوم به کروموزوم دیگر با تکامل اولین مهره‌داران، توانستند از تقسیم مهره‌دار-بی‌مهرگان عبور کرده و اولین کروموزوم‌های جانوری را با مهره‌داران معاصر متصل کنند. نتیجه این بود که اکنون ما می‌توانیم رد انسان را از ۶۰۰ میلیون سال قبل نیز بزنیم.

یکی از چیز‌های جالب این است که وقتی این پروتوکروموزوم‌های باستانی را استنتاج کنیم و آن‌ها را روی «درخت زندگی» سازماندهی کنیم، می‌توانیم پیش بینی‌های جدیدی را نیز انجام دهیم. در واقع، بر خلاف فیزیک یا شیمی، ما معمولاً نمی‌توانیم چنین پیش‌بینی‌هایی را در زیست‌شناسی انجام دهیم، اما اکنون و به لطف این یافته، به یک معنا چنین چیزی دست یافتنی است، زیرا اکنون اطلاعاتی در مورد تقریباً همه ژنوم‌های حیوانات داریم.