مارماهی الکتریکی از رازهای تکامل پرده بر می دارد! - مجله ایرکا

در این میان بعضی گونه ها قادر به حرکت در آب های گل آلود و به شکلی آهسته هستند و با نزدیکی طعمه به خود شوک های ملایمی با ولتاژی ضعیف تر آزاد و طعمه را بی هوش می نمایند. به طور معمول، هنگامی که چندین گونه توانایی غیرعادی ای مانند فراوری الکتریسیته داشته باشند، احتمالا با یکدیگر ارتباط نزدیکی دارند. اما ماهی های الکتریکی رودخانه های آمریکای جنوبی و آفریقا شامل شش طبقه ی مجزا می شوند و در کنار آن سه گونه از موجوداتی دریایی و الکتریکی دیگر هم وجود دارد. بنابراین درک فرآیند تکامل و جهش این موجودات، دانشمندان را به سمت تحقیقات بیشتر بر روی این موجود راهنمایی نموده است!

مارماهی الکتریکی چگونه برق فراوری می نماید؟

محققان اخیرا با انتشار مقاله ای در مجله Science Advances به کشف یکی از رازهای مهم تکاملی در مارماهی های الکتریکی یاری نموده اند. هارولد زاکون Harold Zakon زیست شناس در دانشگاه تگزاس، آستین و یکی از نویسندگان ارشد این مطالعه اذعان دارد که طی این مطالعه آن ها تنها رویه داروین را دنبال نموده اند، همانطور که بیشتر زیست شناسان این کار را انجام می دهند. این زیست شناس به همراه همکارانش با جمع آوری و در کنار هم قرار دادن سرنخ های ژنومی، وجود اندام های الکتریکی مشابه ای در اجداد ماهی های برقی که تقریباً طی 120 میلیون سال تکامل و 1600 مایل فاصله در اقیانوس از هم جدا شده اند، را نشان می دهند. بنابراین به نظر می رسد که بیش از یک راه برای تکامل یک اندام الکتریکی یا برقی وجود دارد!

ماهی های آمریکای جنوبی و آفریقایی، از اندام های الکتریکی ویژه ای که بیشتر در امتداد بدنشان قرار گرفته است، بهره می گیرند. در بدن این جانداران سلول های عضلانی اصلاح شده ای به نام الکتروسیت ها electrocytes وجود دارند که مسئول پخش یون های سدیم هستند. هنگامی که کانال های پروتئینی یون های سدیم در غشای الکتروسیت ها باز می گردد، ناگهان جریانی از سیگنال های الکتریکی فراوری می گردد.

به طور کلی در سایر موجودات که اندام های الکتریکی ندارند، این جریان سیگنال ها در عضلات آن ها جاری می گردد و در داخل و بین سلول ها جریان پیدا می نماید تا به انقباض عضلات در حرکات یاری کند؛ اما وجود اندام های الکتریکی در این ماهی ها یاری می نماید تا جریان از سیگنال های الکتریکی به سمت بیرون از بدن راهنمایی گردد. به همین دلیل قدرت هر ضربه الکتریکی بستگی به تعداد الکتروسیت های فعال در یک لحظه دارد. بیشتر ماهی های الکتریکی قادرند که تنها چند جریان را در یک زمان شلیک نمایند، اما از آنجایی که مارماهی الکتریکی مجهز به تعداد غیرعادی از سلول های الکتریکی است، می تواند ولتاژهایی را آزاد کند که به مقدار کافی برای کشتن طعمه های کوچک قدرتمند باشد.

تکامل و سیستم دفاعی مارماهی الکتریکی

حدودا 320 الی 400 میلیون سال پیش بود که اجداد همه ماهی ها که به عنوان ماهی های استخوانی طبقه بندی می شدند از یک حادثه ژنتیکی نادر جان سالم به در بردند و کل ژنوم خود را تکثیر مجدد کردند. تکثیر کل ژنوم، اغلب برای مهره داران کشنده است، اما از آنجایی که این موجودات نسخه های اضافی ای از همه چیز در ژنوم را تکثیر نموده اند، چنین کاری (تکثیر ژنوم کامل) توانست احتمالات ژنتیکی که قبلاً بروز پیدا ننموده بود را هم باز کند!

بنابراین برای اجداد تازهتر ماهی الکتریکی آب شیرین که جزو ماهی های استخوانی هم طبقه بندی می شوند، تکثیر ژنوم به این معنی بود که آن ها یک نسخه اضافی از ژنِ پخش نماینده یون های سدیم خواهند داشت. درواقع یک نسخه از این ژن همان روند معمول در سلول های ماهیچه (مشابه انسان ها و دیگر جانداران) را بر عهده می گیرد و دومین جهش اکتسابی، خواص الکتریکی متمایزی را به الکتروسیت ها اعطا می نماید.

در عین حال یکی از موارد بسیار مهم در این مساله این است که در ابتدا، نسخه دوم ژن (جهش اکتسابی) باید در سلول های ماهیچه ای غیرفعال می شد. چراکه این موضوع از این جهت حائز اهمیت است که قابلیت های الکتروسیتی در حال ظهور می توانند با حرکت حیوان در تداخل قرار گیرند! بنابراین هنگامی که زاکون و همکارانش به چگونگی غیر فعال شدن ژن به وسیله ماهی الکتریکی نگاه کردند با شگفتی متوجه شدند که گونه های مختلف این ماهی ها به شیوه های متفاوتی این کار را انجام می دهند.

جالب است بدانید که در بافت عضلانی ماهی آفریقایی، ژن مربوط به پخش یون های سدیم عملیاتی بود اما مشابه قفلی بدون کلید، نمی توانست بدون مولکول های یاریی (که به وسیله بافت ماهیچه ای ساخته نمی گردد!) فعال گردد. از طرفی در بیشتر ماهی های آمریکای جنوبی، بخش پخش نماینده یون های سدیم در ماهیچه ها وجود نداشت و ژن پخش سدیم تا حد زیادی غیرفعال بود. به این دلیل که یک عنصر کنترلی ضروری که به طور خاص بیان ژن پخش سدیم در ماهیچه را تقویت می نماید، وجود نداشت.

در بعضی از گونه های عجیب ماهیان آمریکای جنوبی، این ژن همچنان در ماهیچه ها عملیاتی است و در ماهی های جوان موقتاً غیرفعال شده است. اما زمانی که مجموعه ای متفاوت از ژن ها، کنترل کانال های سدیمی در اندام الکتریکی ماهی بالغ را به دست بگیرند، این ژن دوباره فعال می گردد. بنابراین با توجه به بحث فرگشت همگرا convergent evolution گونه های مختلف ماهی ها به طور مستقل به سمت استراتژی اصلاح بافت ماهیچه ای خود برای ایجاد اندام های الکتریکی رفته اند و حتی این کار را با ساختن پخش نماینده سدیم به طور انتخابی در بافت های مختلف انجام داده اند. اما در نحوه تنظیم و فعال سازی این پخش نماینده ها اختلاف هایی وجود داشته است.

یوهان ابرهارت Johann Eberhart یکی از زیست شناسان مولکولی در دانشگاه تگزاس و از افراد حاضر در این مطالعه تازه، شرح می دهد که در اغلب موارد زمانی که دانشمندان از فرگشت همگرا صحبت می نمایند اساسا از صفات مشابه و مستقل از هم در موجوداتی که ارتباط نزدیکی با هم ندارند، اشاره دارند. اما این مطالعه رویه ای کاملاً متفاوت داشت و من فکر می کنم این نتایج شگفت انگیز است.

در حالی که سایر ماهی های استخوانی نسخه کپی ژن خاصی را به منظور ارسال سیگنال بین اعصاب و ماهیچه ها از دست داده بودند، بعضی از گونه های ماهی های الکتریکی آن ها را حفظ کردند. بنابراین با وجود این ژن های کلیدی که اندام های الکتریکی را تحت کنترل داوطلبانه و مستقیم جانور قرار می دهد، مارماهی الکتریکی می تواند سیگنال های قوی خود را توسعه دهد.

بعلاوه در طی این مطالعه زاکون و همکارانش از اهمیت بالقوه منطقه کنترلی که در ژن های پخش یون سدیم یافتند، شگفت زده شدند! چراکه به نظر می رسد این بخش دقیقا تعیین می نماید که کدام بافت ها، پروتئین را بیان می نمایند. جالب است بدانید که همین منطقه کنترل در پخش یون های سدیم در انسان و سایر مهره داران هم وجود دارد. بنابراین این امکان وجود دارد که جهش هایی بر فعالیت پخش سدیم در سلول های ما تأثیر بگذارد و باعث ایجاد مسائل مختلفی مانند دیستروفی میوتونیک (اختلال در عملکرد عضلات) گردد یا به تشدید چنین بیماری هایی یاری نمایند! گفتنی است که تحقیق تازه تنها چند نمونه از فرگشت همگرا و واگرا در ماهی های الکتریکی را به نمایش گذاشته و آنالیز می نماید!

در انتها باید تاکید کنیم که برای زاکون و همکارانش، این راه چاره های همگرا به منظور پرداختن به یک معمای اساسی در زیست شناسی بسیار مفیدست و آن این است که اگر می توانستیم سیر تکامل را به عقب برگردانیم، آیا همه چیز به همین شیوه عمل می کرد؟

منبع: WIRED