شروع پیچیدگی حیات، زیر چشم دانشمندان

اد یونگ ـ براساس مشاهدات پژوهشگران آمریکایی، منشاء حیات چندسلولی که یکی از نقاط عطف تاریخ حیات زمینی‌ به‌شمار می‌رود، می‌توانسته است با سرعتی حیرت‌آور رخ داده باشد. در این پژوهش، یک مخمر تک‌سلولی (موسوم به Saccharomyces cerevisiae)، تنها ظرف مدت ۶۰ روز، به اجتماعات چندسلولی منفرد بدل شد. حتی بعضی از این موجودات چندسلولی، با مرگ خود، راه را برای رشد و تکثیر دیگران فراهم آورده است و این‌گونه یک فرآیند تقسیم کار ساده و ابتدایی را نیز از خودشان نشان دادند.

 

گزارش بررسی مذبور که توسط ویلیام راتکلیف (William Ratcliff) و همکارانش از دانشگاه مینه‌سوتا به ثمر رسیده است، امروز در نسخه آنلاین نشریه Proceedings of National Academy of Sciences انتشار یافت. ریچارد لنسکی (Richard Lenski)، زیست‌شناس فرگشتی دانشگاه ایالتی میشیگان که نقشی در این پژوهش نداشته است، با اشاره به منشأ چندسلولی شدن موجودات می‌گوید: “مدت‌ها چنین چیزی به‌عنوان یک فرایند دشوار تلقی می‌شد، اما این آزمایش‌ها نشان دادند که چندسلولی شدن آنقدرها هم که تصورش می‌رفت، اتفاق سختی نیست.”

 

راتکلیف، ایده این آزمایش را به اتفاق همکارش مایکل تراویزانو (Michael Travisano)، طرح‌ریزی کرده بود. او می‌گوید: “داشتیم راجع به جذاب‌ترین کاری که می‌شود انجام داد، فکر می‌کردیم. دیدیم بررسی منشاء حیات کار خیلی سختی است، اما گمان بردیم که درک فرآیند چندسلولی شدن امکان‌پذیر است.” این فرآیند، دست کم ۲۵بار به شکل مستقل در طول تاریخ حیات زمین اتفاق افتاده است، اما قدمت همگی‌شان به قدری بالاست که کار بررسی را سخت می‌کند. به‌گفته راتکلیف، “تقریباً غیر ممکن است که با نگریستن به موجودات زنده چندسلولی، پی به ویژگی‌های مربوط به نیاکان بسیار دورشان برد.”

 

راتکلیف و تارویزانو، در عوض آمدند و دیدند آیا می‌‌توانند حیات چندسلولی را به کمک چندین موجود تک‌سلولی به‌دست آورند یا نه. آن‌ها نیروی جاذبه را به‌عنوان عامل برگزیننده فرض گرفتند: پیداست توده‌های سلولی، سریع‌تر از نمونه‌های‌ منفردشان در انتهای یک لوله پر از مایع ته‌نشین شدند. راتکلیف، بعد از کشت دادن سلول‌هایی که زودتر ته نشسته بودند، فقط آن‌هایی که چسبیده‌‌به‌هم مانده بودند را برگزید. پس از چندین‌بار گزینش اینچنینی، این سلول‌ها طی بالغ بر ۶۰ روز همچون برف‌دانه‌هایی متشکل از ده‌ها سلول منفرد درآمدند.

 

اکثر موجودات تک‌سلولی از قبیل مخمرها، غالباً دست به تشکیل اجتماعاتی می‌زنند که در واقع از لحاظ ژنتیکی، همچنان تک‌سلولی به‌شمار می‌روند، اما برف‌دانه‌های راتکلیف، از سلول‌های کاملاً مشابه و به‌هم‌چسبیده شکل یافته بود. بسیاری از دیگر موجودات چندسلولی هم ممکن است از طریق فرآیندی شبیه به همین “تقسیم و الحاق” ایجاد شده باشند.

 

رفتار این برف‌دانه‌ها، درست مثل موجودات چندسلولی واقعی بود. آن‌ها چرخه حیاتی ساده‌ای داشتند که با دوره نوجوانی آغاز می‌شد و بعد از فرآیند رشد بی‌وقفه‌ای که راه به مرحله بزرگسالی‌شان می‌برد، به ابعاد مشخصی می‌رسیدند و به یک بخش بزرگ‌تر موسوم به پدر- مادر و بخشی کوچک‌تر از آن، موسوم به دختر، تقسیم می‌شدند. راتکلیف حتی می‌توانست این چرخه‌ها را به اختیار خودش تنظیم کند: اگر برف‌دانه‌هایی که سریع‌تر ته‌نشین شده بودند را کِشت می‌داد، به چندسلولی‌های بزرگ‌تری هم می‌رسید که پیش از تقسیم‌شان، فربه‌تر می‌شدند. این مسئله، به‌ وضوح نشان داد که انتخاب طبیعی، تأثیرش را به جای اینکه بر سلول‌های منفرد بگذارد، بر مجموعه‌شان اِعمال کرده بود. به‌گفته راتکلیف، “آن‌ها به‌عنوان یک کل می‌زیند و به عنوان یک کل هم از بین می‌روند. در این حالت است که انتخاب، به مرحله چندسلولی منتقل می‌شود”.

 

برف‌دانه‌ها تقسیم می‌شوند، چون‌ برخی از سلول‌های سازنده‌شان دست به قربانی کردن خود می‌زنند و بدین‌وسیله به دیگر اجزا، اجازه ترک گروه را می‌دهند. از این‌رو مرگ این سلول‌ها به مصلحت کل جمع است و زمینه رشد برف‌دانه اصلی و تولید فرزندان بیشتر را فراهم می‌کند. این فرآیند، بازتاب‌دهنده تقسیماتی است که در موجودات چندسلولی ِ به مراتب پیچیده‌تر اتفاق می‌افتد، به‌طوری که طی هر نسل، بعضی از سلول‌ها می‌میرند و بدین‌واسطه سلول‌های حاوی اطلاعات ژنتیکی (یعنی اسپرم‌ها و تخمک‌ها)، به فرزندان منتقل می‌شوند.

 

سایر بررسی‌ها در گذشته مشخص کرده‌اند که سلول‌های منفرد، هم از طرفی برای کاهش ریسک شکار شدن‌شان و هم از طرفی برای افزایش شانس دسترسی به غذا، از بودن با یکدیگر سود می‌بر‌ند، اما پژوهش راتکلیف، از معدود نمونه‌هایی است که نشان از نحوه تبدیل اجتماعات تک‌سلولی، به موجودات منفرد و چندسلولی می‌دهد. همایون باقری که در دانشگاه زوریخ سوئیس، به بررسی نحوه تکامل فرآیند چندسلولی شدن مشغول است، می‌گوید: “آن‌ها با مشاهده رخدادهایی که در پی تکمیل فرآیند چندسلولی شدن اتفاق می‌افتد، کار بسیار جالبی را انجام داده‌اند”. لنسکی نیز می‌گوید: “گمان کنم این بررسی، نقطه شروعی برای کارهای واقعاً مهمی است که سال‌ها طول می‌کشد تا به ثمر بنشینند؛ کارهایی که نه فقط نشان از زیرلایه‌های ژنتیکی این ماجرا می‌دهند، بلکه مدت‌زمان دوام مخمرها در حالت چندسلولی‌شان را هم تعیین می‌کنند.

 

مخمرها، خود از اجداد چندسلولی پدید آمده‌اند و لذا بعید نیست به‌همین‌واسطه در مدت‌زمانی چنین کوتاه موفق به بازسازی سبک زندگی باستانی‌شان ‌شده‌ باشند. با این همه، راتکلیف اعتقاد دارد که مخمرها، چندین‌میلیارد نسل پیش، از موجوداتی چندسلولی به تک‌سلولی بدل شدند و در همان اوقات هم ژن‌های مربوط به چندسلولی‌شدن را از دست داده‌اند، اما او می‌خواهد همین آزمایش را این‌بار روی تک‌سلولی‌هایی نظیر جلبک‌های سبز دریایی (از تیره Chlamydomonas ها)، که پیشینه چندسلولی نداشته‌اند، انجام دهد.