اشتراک
نحوه نمایش درخت تبارزایی بر اساس فرضیه خواهر بودن تن‌زیان.
نحوه نمایش درخت تبارزایی بر اساس فرضیه خواهر بودن تن‌زیان.
زیست‌شناسی تکامل علوم دریایی

تن‌زیان (Ctenophores) تنها زیبا نیستند؛ آن‌ها شگفتی‌های زیستی هستند

در یک نگاه چکیدهٔ خودکار موتور هوش مصنوعی افق آبی

تن‌زیان (Ctenophores) که به نام عروس‌های دریایی شانه‌ای نیز شناخته می‌شوند، موجوداتی ژلاتینی و درخشان هستند که حدود ۷۰۰ میلیون سال پیش از سایر جانوران جدا شده‌اند و احتمالاً نخستین شاخه جانوری را تشکیل می‌دهند. برخلاف ظاهر ساده‌شان، این موجودات که در محیط‌های متنوعی از اعماق اقیانوس تا آب‌های سطحی زندگی می‌کنند، دارای پیچیدگی‌های بیولوژیکی شگفت‌انگیزی هستند. در حالی که تصور دیرینه دانشمندان بر این بود که اسفنج‌ها نخستین شاخه جانوری بوده‌اند، شواهد جدید از جمله تحلیل‌های کروموزومی در سال ۲۰۲۳، نشان می‌دهد که احتمالاً تن‌زیان این جایگاه را به خود اختصاص داده‌اند. این یافته به دلیل وجود سیستم عصبی و عضلات در تن‌زیان، بسیاری از فرضیات درباره سادگی نخستین جانوران را به چالش کشیده است. پژوهشگران با مطالعه این موجودات، به دنبال درک رازهای تکاملی، از جمله خاستگاه نورون‌ها، پدیده نورزیستی و توانایی‌های منحصربه‌فرد آن‌ها مانند معکوس کردن رشد از بلوغ به لارو یا تحمل فشارهای شدید اعماق دریا هستند. تن‌زیان به دلیل فاصله تکاملی بسیار زیاد با انسان، مدل‌های مطالعاتی فوق‌العاده‌ای برای کشف اصول بنیادی حیات و چگونگی تکامل ویژگی‌های زیستی پیچیده در طول تاریخ زمین محسوب می‌شوند.

حدود ۷۰۰ میلیون سال پیش، گروهی از موجودات که بیشتر شبیه توده‌های ژلاتینی و درخشان بودند، از سایر جانوران جدا شدند و احتمالاً نخستین شاخه جانوری را تشکیل دادند. امروزه حدود ۲۰۰ گونه از تن‌زیان (Ctenophores)، که معمولاً با نام عروس دریایی شانه‌ای شناخته می‌شوند (اما خویشاوندی با عروس‌های دریایی ندارند)، در محیط‌هایی از اعماق سرد دریا تا آب‌های سطحی گرم ساحلی زندگی می‌کنند. جادوی آن‌ها نه تنها در بقا یا رنگین‌کمانی بودنشان است؛ بلکه در DNA آن‌ها نهفته است.

در دهه گذشته، تن‌زیان به پاسخ‌گویی به سؤالات دیرینه درباره زیست‌شناسی بنیادین کمک کرده‌اند، از نحوه تکامل دستگاه‌های عصبی اولیه تا خاستگاه پدیده مسحورکننده نورزیستی.

دسترسی به گونه‌های خویشاوند نزدیک در چنین محیط‌های متغیری «به شما امکان می‌دهد سؤالاتی درباره نحوه تکامل برخی ویژگی‌ها بپرسید»، مانند سازگاری با فشار بالا یا ژن‌های حسگر نور، به گفته استیون هادوک، زیست‌شناس دریایی که در مؤسسه تحقیقات آکواریوم خلیج مونتری روی تن‌زیان مطالعه می‌کند.

برای بیش از یک قرن، دانشمندان تصور می‌کردند که اسفنج‌ها، یا پوریفرا، نخستین شاخه‌ای بودند که جدا شدند — گروه خواهر تمام سایر جانوران. اما در دو دهه اخیر، شواهدی مبنی بر اینکه تن‌زیان زودتر ظاهر شده‌اند، ارائه شده است. در سال ۲۰۲۳ — پس از سال‌ها «بازی پینگ‌پنگ» بین آزمایشگاه‌ها در مورد اینکه کدام گروه اول بوده است، به گفته بورکهارت — یک مقاله مهم که سازماندهی کروموزومی را تحلیل کرد، نشان داد که تن‌زیان، نه اسفنج‌ها، گروه خواهر هستند، هرچند این موضوع هنوز کاملاً قطعی نشده است.

آنچه این موضوع را تعجب‌آورتر می‌کند این است که اسفنج‌ها فاقد عضله و نورون هستند، در حالی که تن‌زیان دارای عضله بوده و شواهدی از یک دستگاه عصبی ساده را نشان می‌دهند. «اگر به نخستین شاخه جانوری فکر کنید، انتظار پیچیدگی کمتری دارید»، گفت بورکهارت. «این امر بسیاری از فرضیات [درباره] ظاهر اولین جانور را تغییر می‌دهد.»

مطالعه موجوداتی که ممکن است عجیب یا غریب به نظر برسند بسیار مهم است، زیرا آن‌ها می‌توانند چیز زیادی درباره اصول فیزیکی، شیمیایی و زیستی حیات به ما بیاموزند که سپس می‌توان آن‌ها را بر روی خودمان اعمال کرد، گفت ایتای بودین، بیوفیزیک‌دانی که در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو روی غشاهای سلولی مطالعه می‌کند. «فاصله خویشاوندی ما با یک تن‌زی به همان اندازه است که فاصله تن‌زی با یک عروس دریایی است.»

یک عروس دریایی شانه‌ای نیمه‌شفاف به شکل پاپیون در مقابل آب سیاه، با نور رنگین‌کمانی که در ردیف‌های سیلیا موج می‌زند.
با استفاده از میکروسکوپ الکترونی حجمی، آزمایشگاه بورکهارت ۱۷ نوع سلول منحصربه‌فرد را در Mnemiopsis leidyi شناسایی کرد — ۱۱ مورد از آن‌ها قبلاً ناشناخته بودند — در ساختاری بسیار مهم به نام اندام ابورال (مرکز). این سلول‌ها به تن‌زیان کمک می‌کنند تا نور، فشار و جاذبه را حس کنند و اندام ابورال به شدت با شبکه‌ای پیوسته از نورون‌های ادغام شده که دستگاه عصبی را تشکیل می‌دهند، یکپارچه است. «تمرکز بیشتر نورون‌ها در یک نقطه خاص، یکی از نظریه‌ها [درباره] نحوه تکامل نخستین مغزها است»، گفت بورکهارت. این تحقیق در مارس ۲۰۲۶ در Science Advances منتشر شد.</p>
الکساندر جان، مرکز مایکل سارس/دانشگاه برگن
یک بازسازی دیجیتال سه بعدی کدگذاری شده با رنگ از برخی ساختارهای داخلی عروس دریایی شانه‌ای: یک مش سرخابی داربستی گنبدی شکل از شبکه عصبی را تشکیل می‌دهد، با ساختارهای توده‌ای صورتی و آبی در داخل، برآمدگی‌های لوله‌ای سبز از طرفین، و خوشه‌های کوچک ستاره‌ای زرد پراکنده در سراسر آن.
دستگاه‌های عصبی معمولاً به عنوان شبکه‌هایی از نورون‌ها تعریف می‌شوند که از طریق سیناپس‌ها ارتباط برقرار می‌کنند. اما آزمایشگاه بورکهارت چیزی منحصربه‌فرد در تن‌زیان یافت: زیر سطح خارجی حیوان، یک شبکه عصبی (مش صورتی در این بازسازی سه بعدی) وجود دارد که نورون‌های آن توسط سیتوپلاسم پیوسته متصل هستند — اما هیچ سیناپسی بین آن‌ها وجود ندارد. «فکر نمی‌کنم هیچ حیوان دیگری دستگاه عصبی مشابهی داشته باشد»، گفت بورکهارت. از آنجا که تن‌زیان یکی از نخستین شاخه‌های درخت خانواده جانوری هستند، این یافته نشان می‌دهد که تکامل ممکن است دستگاه‌های عصبی را دو بار ساخته باشد: در تن‌زیان، و به طور جداگانه در عروس‌های دریایی و سایر جانوران.</span></p>
پاول بورکهارت
یک عروس دریایی شانه‌ای نیمه‌شفاف در پس‌زمینه سیاه که سفید می‌درخشد و ردیف‌های کم‌رنگ سیلیا در لبه‌های آن قابل مشاهده است.
تنظیم ژنوم برای تعیین زمان و مکان روشن و خاموش شدن ژن‌ها بنیادی است. اما در بخش‌های طولانی ژنوم، این فرآیند پیچیده‌تر می‌شود و نیازمند <a href="https://www.quantamagazine.org/loops-of-dna-equipped-ancient-life-to-become-complex-20251008/">تا خوردن فیزیکی DNA و پروتئین‌ها به حلقه</a> است. پژوهشگران معتقدند این امر برای امکان‌پذیر کردن توسعه سلول‌های تخصصی در موجودات چندسلولی بدون نیاز به تکامل ژن‌های جدید حیاتی بوده است. «این‌ها کلیدی برای تخصصی شدن نوع سلول و ساخت بافت‌های پیچیده هستند»، گفت <a href="https://www.sebepedroslab.org/">آرنائو سبه‌پدروس<span>، زیست‌شناس تکاملی که در مرکز تنظیم ژنوم در بارسلون روی تنظیم ژنوم مطالعه می‌کند. تن‌زی M. leidyi (تصویر) بیش از ۴۰۰۰ حلقه در ژنوم ۱۰۰ میلیون جفت بازی خود دارد (در مقایسه با ۳ میلیارد در ژنوم انسان)، که نشان می‌دهد DNA حلقوی ممکن است ۱۵۰ میلیون سال زودتر از آنچه دانشمندان فکر می‌کردند تکامل یافته باشد.</span></p>
جوآن ج. سوتو-آنخل
یک عروس دریایی شانه‌ای گرد و نیمه‌شفاف که با نورزیستی سبز می‌درخشد.
بسیاری از گونه‌های حیات دریایی می‌توانند از طریق نورزیستی نور تولید کنند. به عنوان یکی از دورترین خویشاوندان سایر موجودات چندسلولی درخشان، تن‌زیان سرنخ‌هایی در ژنوم خود دارند که به چگونگی و چرایی تکامل این ویژگی اشاره می‌کند. تیم هادوک دریافت که چند گونه تن‌زی غیردرخشان فاقد ژن‌هایی هستند که مشکوک‌اند در سنتز ماده شیمیایی نورزا به نام کوئلنترازین کمک کنند. <a href="https://journals.plos.org/plosone/article?id=10.1371/journal.pone.0128742">تحقیقات بعدی<span> ژن کامل را در تن‌زیان نورزا شناسایی کرد. «این فراوان‌ترین و گسترده‌ترین مولکول نورزا در اقیانوس است»، گفت هادوک؛ در کوپودها، میگوها، ماهی‌های مرکب، نرم‌تنان و موارد دیگر دیده می‌شود. «توضیح اینکه چگونه این موارد به طور مستقل در سراسر درخت حیات ظاهر می‌شوند دشوار است»، گفت هادوک. «آن‌ها احتمالاً از نوعی ژن پیش‌ساز که همه آن‌ها دارند سوءاستفاده می‌کنند و سپس آن را برای استفاده در هدفی متفاوت اصلاح می‌کنند.»</span></p>
S. Haddock/MBARI/The Bioluminescence Web Page
یک تصویر ترکیبی سه پنلی: چپ، یک عروس دریایی شانه‌ای نیمه‌شفاف با یک موجود کوچک روشن روی سطح آن؛ وسط، یک عروس دریایی شانه‌ای مشابه از نمای جانبی که ساختارهای داخلی قرمز را نشان می‌دهد و شروع به از دست دادن شکل منظم خود می‌کند؛ راست، یک اینست دایره‌ای بزرگ‌نمایی شده که جزئیات دقیق غشاهای سلولی نیمه‌شفاف ژله‌ای را نشان می‌دهد که در حال از هم پاشیدن و تجزیه شدن هستند.
لیپیدها مولکول‌های مخروطی شکل هستند که تمام غشاهای سلولی را تشکیل می‌دهند. برخلاف اکثر لیپیدها، نوع خاصی به نام پلاسمالوژن تنها یک مولکول اکسیژن دارد به جای دو مورد معمول. مغز انسان آن‌ها را دارد و عروس دریایی شانه‌ای اعماق دریا نیز همینطور. آن‌ها به روشی خم می‌شوند که به تن‌زیان امکان می‌دهد در برابر فشار هیدرواستاتیک شدید مقاومت کند. وقتی تن‌زی Bathocyroe aff. fosteri به سطح آورده شد و از آن فشار رها گردید (چپ)، پلاسمالوژن‌ها منبسط شدند (وسط)، غشاهای سلولی از هم پاشیدند (راست) و عروس دریایی شانه‌ای تجزیه شد. «ما با پرسیدن یک سؤال بسیار بنیادین درباره حیات در اعماق دریا وارد این پروژه شدیم»، گفت بودین، «اما این شامل یک زیست‌مولکول بود که در بدن ما [و] در سلامت انسان نیز بسیار مهم است.» کاهش پلاسمالوژن‌ها در مغز انسان می‌تواند با بیماری‌های نورودژنراتیو مانند زوال عقل مرتبط باشد، گفت بودین. این لیپیدها ممکن است به ادغام و شکستن سریع غشاهای سلولی کمک کنند تا نورون‌ها بتوانند فعال شوند.</span></p>
جیکوب وینیکوف
یک عروس دریایی شانه‌ای گلبرگ‌دار و گل‌شکل با برآمدگی‌های بال‌مانند و یک ساختار مثلثی کوچک قرمز در مرکز آن.
دو مورد از گونه‌های عروس دریایی شانه‌ای که تحت فشار توسط بودین و همکارانش مطالعه شدند، تنوع و پیچیدگی شگفت‌انگیز حیوانات را نشان می‌دهند. در سمت چپ، عروس دریایی شانه‌ای لوبات اعماق دریا Bathocyroe aff. fosteri قرار دارد. «Bathocyroe» به معنای «ارباب عمق» است و این گونه در عمق‌هایی از ۲۰۰ تا بیش از ۳۰۰۰ متر یافت می‌شود. تصور می‌شود رنگدانه قرمز در معده حیوان نور ساطع شده هنگام بلعیدن موجودات نورزا را مسدود می‌کند، بنابراین طعمه آن موقعیتش را به سایر شکارچیان لو نمی‌دهد. عروس دریایی شانه‌ای آب‌های کم‌عمق Leucothea pulchra (راست) به نام الهه یونانی کف دریا نام‌گذاری شده است. این گونه به ندرت در عمق بیش از ۲۰ متر یافت می‌شود. برآمدگی‌های نارنجی رنگ قابل انقباض و چسبنده هستند و برای گرفتن طعمه استفاده می‌شوند.</span></p>
جیکوب وینیکوف
یک عروس دریایی شانه‌ای بیضی کشیده با ردیف‌های رنگین‌کمانی سیلیا.
در طول رشد جنینی، سلول‌ها به دلیل بلاستوپور (blastopore) خود را در مورفولوژی‌های متمایز مرتب می‌کنند: فرورفتگی که در نهایت به مقعد یا دهان تبدیل می‌شود (ناحیه مرکزی رو به بالا در این تصویر از M. leidyi). همان فرآیند رشد جنینی در تن‌زیان در دوجانبه‌سانان (bilaterians)، گروه بزرگ حیواناتی که تقارن دوجانبه ما را به اشتراک می‌گذارند، نیز یافت می‌شود. این نشان می‌دهد که سازمان‌دهنده بلاستوپور — که یک توپ ساده از سلول‌ها را به یک جنین چندسلولی پیچیده تبدیل می‌کند — در گونه‌ها حفظ شده است. «درک اینکه سازمان‌دهنده از کجا آمده است به ما می‌گوید کدام بخش‌های رشد ما باستانی و مقاوم هستند و کدام‌یک اختراعات جدیدی هستند»، گفت <a href="https://hejnol-lab.com/">آندریاس هجنول<span>، زیست‌شناس تکاملی در دانشگاه فردریش شیلر ینا در آلمان. جنین‌های انسان از همان مسیرهای سیگنال‌دهی استفاده می‌کنند که هجنول و همکارانش در تن‌زیان یافتند.</span></p>
لیسا-ماری بارف
این گزارش ترجمه و بازنویسی خبری با موتور هوش مصنوعی افق آبی است و برای خوانندهٔ فارسی‌زبان بازتنظیم شده. منبع اصلی: quantamagazine.org