ورود به حساب کاربری
ایجاد حساب کاربری
کلمه عبور را فراموش کرده‌اید؟
ویرایش حساب کاربری

شارژ اعتبار
سوابق خرید
ردیف فاکتور تاریخ مبلغ (تومان) شرح تراکنش کد رهگیری

30 شماره آخر

  • شماره 3449 -
  • ۱۳۹۸ پنج شنبه ۲۳ خرداد
روزنامه در یک نگاه
امکانات
روزنامه در یک نگاه ورق بزنید دریافت همه صفحات
تبلیغات
ایرانول سپیدار شهروند نارون

علت گذارهای تکاملی بزرگ در تاریخ حیات چه بوده است؟

همياري، كليد آغازگر حيات پُرسلولی

ترجمه: سپنتا نوروزيان

اگر به سوابق فسیلی نگاه ‌کنیم و بخواهیم مهم‌ترین رویدادهای تاریخ تکامل را فهرست کنیم، احتمالا نخستین گونه‌ها از ماهی‌هایی که بیرون از آب موقتا قادر به ادامه‌ زندگی بودند یا اولین میمون‌هایی را که مثل ما روی دو پا راه می‌رفتند، ذکر خواهیم کرد. گرچه این فسیل‌ها گذاری شگفت‌انگیز به سبک جدیدی از زندگی را نشان می‌دهند، ولی نمی‌توان آنها را گام‌هایی بزرگ در توسعه پیچیدگی قلمداد کرد. تفاوت بین موجودات دوپا و چهارپا از تغییرات و تفاوت‌هایی جزئی در نحوه اتصال مفاصل ناشی می‌شود. برای دیدن یک جهش تکاملی حقیقی یا آنچه دانشمندان «گذار تکاملی بزرگ» می‌نامند، باید خیلی بیش از اینها در سوابق فسیلی به عقب برگردیم. در اواخر دهه ۱۸۳۰، آناتومیستی به نام تئودور شوآن این ایده را صورت‌بندی کرد که بدن انسان به جای یک موجود زنده منفرد، در واقع مجموعه‌ای از سلول‌های زنده منفرد است. امروزه ما این نکته‌ را به عنوان بخشی از دانش رایجِ زیست‌شناسی بدیهی می‌پنداریم، اما اگر عمیق‌تر فکر کنیم، واقعا شگفت‌انگیز است. ما یک كلني هستیم! ابتدایی‌ترین جانوران پرسلولی که تاکنون در سوابق فسیلی یافت شده‌اند، موجودات اسفنج‌مانندِ اولیه‌ای هستند که در دریاها زندگی می‌کردند. همه موجودات زنده‌ای که پیش از آنها می‌شناسیم تک‌سلولی بودند و در سه نوع مختلف وجود داشتند: ۱- باکتری‌ها ۲- آرکی‌ها (که هر دو فوق‌العاده کوچک هستند) و ۳- یوکاریوت‌‌ها که اگرچه میکروسکوپی بودند، اما از بقیه بزرگ‌تر و پیچیده‌تر بودند. سلول‌هایی که اسفنج‌های اولیه را ساختند و سلول‌هایی که امروزه بدن شما را می‌سازند، به طور قابل توجهی مشابه همان یوکاریوت‌های تک‌سلولیِ اولیه هستند. با این تفاوت مهم که سلول‌های شما خودشان دیگر به تنهایی قادر به‌زنده‌ماندن نیستند. در عوض، تریلیون‌ها عدد از آنها در نظمی مثال‌زدنی همه با هم در حال کارند تا شما زنده بمانید. حرکت از موجودات تک‌سلولی به جانورانِ پرسلولی یک گذار تکاملی عظیم بود. در نتیجه آن بدن شما اکنون نمایانگر دو سطح از حیات است. یک سطح، خود شما و دیگری کلنی بزرگی از سلول‌ها. درون سلول‌های همه‌ یوکاریوت‌ها، هم تک‌سلولی‌ها و هم پرسلولی‌ها، ساختارهای کوچکی به نام میتوکندری وجود دارد. دانشمندان قبلا فکر می‌کردند این ساختارها صرفا بخش‌هایی از سلول هستند. اما در اواخر دهه ۱۹۶۰، لین مارگولیس با کنار هم قراردادن کشفیات چند دانشمند دیگر ثابت کرد که ورای هر شک منطقی، باید گفت میتوکندری زمانی خود یک باکتری مجزا و زنده بوده است. میتوکندری‌ها ژن‌های مخصوصِ خود را دارند. آنها درون میزبان‌های بزرگ‌تر به طور مجزا زندگی و تولیدمثل کرده و می‌میرند. میتوکندری‌ها از مواد مغذی که سلول‌های ما تولید می‌کنند تغذیه می‌کنند، اما آنها انگل نیستند. میتوکندری در ازای غذا مولکول‌های مخصوصی به نام ATP تولید می‌کند. ATP، مولکولی است که بدن ما به عنوان منبع انرژی یا سوخت استفاده می‌کند. اگر میتوکندری‌ها را از بین ببرید، خود سلول نیز خواهد مرد. این کشف نشان می‌دهد که شما نه فقط شامل دو سطح، بلکه سه سطح از حیات هستید. سطح اول، فردیت شما، سطح دوم، یک کلنی از سلول‌ها و سطح سوم موجودیتی خودکفا به نام سلول. در ادامه حقایقی ژرف‌تر را بررسی خواهیم کرد. درون هر کدام از سلول‌‌ها و میتوکندری‌های شما ژنوم وجود دارد، مجموعه‌ای بزرگ از ژن‌‌ها که با هم سبب رشد، کارکرد و تولیدمثل شما می‌شوند. در اوایل دهه ۱۹۷۰، تئودور دینر مشغول بررسی علت یک بیماری در گیاه سیب‌زمینی بود. علتی که او کشف کرد، کوچک‌ترین و ساده‌ترین ساختار تولیدمثل‌‌کننده‌ای بود که تا آن زمان شناخته شده بود. او آنها را ویروئید نامید. ویروئیدها سلول نیستند. آنها حتي ویروس هم نیستند، بلکه ژن‌های زنده آزاد و منفردی هستند که با چسبیدن به حشرات به عنوان ابزاری برای انتقال به گیاه یا حتي با کمک باد حرکت می‌کنند. ویروئیدها با کمک مواد شیمیایی و مغذیِ درون سلول‌های گیاه تولید مثل می‌کنند. وجود ژن‌های زنده‌ آزاد قویا این ایده را تقویت می‌کند که ژنومِ نخستین سلول‌های روی زمین و همین‌طور ژنومِ سلول‌های بدن شما، در واقع می‌توانند مجموعه‌ای از ژن‌های منفرد باشند که با همیاری در کنار هم کار می‌کنند. به عبارت دیگر، بدن شما شامل چهار سطح از حیات است: ۱- خود شما،
۲- کلنی سلول‌ها، ۳- ترکیباتِ زیادی که هر یک از سلول‌ها را می‌سازند و نهایتا ۴- مجموعه‌ای از ژن‌ها که محتوای ژنومِ هر سلول را می‌سازند. هر سطح جدیدی از حیات، نتیجه‌ پدیده‌ای است که دانشمندان آن را «گذار تکاملی بزرگ» می‌نامند. علت این تحولات بزرگ چه بوده است؟ پاسخ در «همیاری» است. یک گذار تکاملی بزرگ با دور هم جمع‌شدن جانداران آزاد برای تشکیل گروهی مشارکتی آغاز می‌شود. در سطوح اولیه‌ همیاری، شرکت‌کننده‌ها آزادند تا به میل خود بیایند و بروند، اما اگر اعضای یک گروه زمان درازی در کنار هم بمانند، اغلب خودِ تقسیم وظایف نیز تکامل می‌یابد. مشارکت‌کننده‌ها هر کدام در وظایف گوناگونی تخصص پیدا می‌کنند. با گذشت زمان، اعضا ممکن است چنان در کاری متخصص شوند که دیگر خود به تنهایی قادر به بقا نباشند. اگر کل گروه به گونه‌ای با هم همکاری کنند که در بقا و تولید مثل کاملا به یکدیگر متکی باشند، یک اَبرارگانیسم جدید ساخته شده و یک گذار تکاملی بزرگ به وقوع پیوسته است. از این لحظه به بعد کل اعضای گروه همچون یک تن واحد تکامل پیدا می‌کنند. مدل‌هایی که شرایط طبیعی منجر به تکامل دوره‌های گذار را توصیف می‌کند، به کوشش دانشمندانی همچون جان مینارد اسمیت، ایئورت ساتماری، استوارت وِست و ویلیام همیلتون انجام شده است. با استفاده از این مدل‌ها دانشمندان می‌توانند سناریوهای طبیعی را در آزمایشگاه تقلید کنند و به این ترتیب، قادرند به طور مستقیم شاهد وقوعِ دوره‌های گذارِ تکاملیِ بزرگ باشند. در سال ۱۹۹۸، محققان اکوسیستم کوچکی با آغازیان تاژکدارِ ریز و جلبک‌های تک‌سلولی بر پا کردند. آغازیان می‌توانستند به‌راحتی سلول‌های منفرد جلبک را ببلعند. اما در خوردن سلول‌هایی که بعد از تولید مثل به یکدیگر چسبیده مانده بودند، دچار مشکل شدند. در کمتر از۲۰ نسل، جلبک به یک اجتماعِ چندسلولیِ همیار تکامل پیدا کرد. آنها گروه‌هایی هشت‌تایی با اتصالات محکم تشکیل ‌دادند که آغازیان قادر به خوردن آن نبودند. آزمایش مشابهی روی مخمرهای تک‌سلولی در سال ۲۰۱۱ نشان داد فقط ۳۲ روز بعد از تکامل کلنی‌های چندسلولی، تقسیم کار بین اعضا نیز تکامل پیدا کرد. این امر  به ظهور انواع سلول‌‌های منحصر به فردی  منجر شد که در کارهای گوناگون تخصص یافته بودند. این دو آزمایش نشان داد  نخستین ارگانیسم‌های چندسلولی چگونه تکامل یافتند، اما درباره میتوکندری‌ها و ادغام دائمی آنها با یوکاریوت‌ها چه می‌توان گفت؟ در یک مطالعه درازمدت که در سال ۲۰۰۸ به پایان رسید، مشاهده شد یک تک‌سلولیِ باکتری‌خوار، گونه‌ای از جلبک را که برای او قابل هضم نبود، به طور تصادفی بلعید. جلبک درونِ تک‌سلولی به رشد و تولید مثل خود ادامه داد. وقتی تک‌سلولی تولید مثل می‌کرد، دو سلول حاصل نیز حاوی آن جلبک بودند. پس از گذشت چندین سال و نسل‌های بسیار، محققان دریافتند  در مواقع کمبود غذا، تک‌سلولی‌هایی که درون خود جلبک داشتند نسبت به آنهایی که فاقد جلبک بودند، شانس خیلی بیشتری برای بقا داشتند. آنها با تغذیه از مواد زائدی که جلبک‌ها تولید می‌کردند از قحطی نجات یافتند. این پدیده آغازگرِ رابطه‌ای کاملا جدید بود که شباهت خیلی زیادی به رابطه‌ بین سلول‌های ما و میتوکندری‌های درون آن دارد.
http://statedclearly.com/videos/what-caused-lifes-major-evolutionary-transitions

 

ارسال دیدگاه شما

ساعت
روزنامه شرق
عنوان صفحه‌ها

شماره 3515

تاریخ ۱۳۹۸/۶/۱۱

کارتون
کارتون

علت گذارهای تکاملی بزرگ در تاریخ حیات چه بوده است؟

همياري، كليد آغازگر حيات پُرسلولی

ترجمه: سپنتا نوروزيان

اگر به سوابق فسیلی نگاه ‌کنیم و بخواهیم مهم‌ترین رویدادهای تاریخ تکامل را فهرست کنیم، احتمالا نخستین گونه‌ها از ماهی‌هایی که بیرون از آب موقتا قادر به ادامه‌ زندگی بودند یا اولین میمون‌هایی را که مثل ما روی دو پا راه می‌رفتند، ذکر خواهیم کرد. گرچه این فسیل‌ها گذاری شگفت‌انگیز به سبک جدیدی از زندگی را نشان می‌دهند، ولی نمی‌توان آنها را گام‌هایی بزرگ در توسعه پیچیدگی قلمداد کرد. تفاوت بین موجودات دوپا و چهارپا از تغییرات و تفاوت‌هایی جزئی در نحوه اتصال مفاصل ناشی می‌شود. برای دیدن یک جهش تکاملی حقیقی یا آنچه دانشمندان «گذار تکاملی بزرگ» می‌نامند، باید خیلی بیش از اینها در سوابق فسیلی به عقب برگردیم. در اواخر دهه ۱۸۳۰، آناتومیستی به نام تئودور شوآن این ایده را صورت‌بندی کرد که بدن انسان به جای یک موجود زنده منفرد، در واقع مجموعه‌ای از سلول‌های زنده منفرد است. امروزه ما این نکته‌ را به عنوان بخشی از دانش رایجِ زیست‌شناسی بدیهی می‌پنداریم، اما اگر عمیق‌تر فکر کنیم، واقعا شگفت‌انگیز است. ما یک كلني هستیم! ابتدایی‌ترین جانوران پرسلولی که تاکنون در سوابق فسیلی یافت شده‌اند، موجودات اسفنج‌مانندِ اولیه‌ای هستند که در دریاها زندگی می‌کردند. همه موجودات زنده‌ای که پیش از آنها می‌شناسیم تک‌سلولی بودند و در سه نوع مختلف وجود داشتند: ۱- باکتری‌ها ۲- آرکی‌ها (که هر دو فوق‌العاده کوچک هستند) و ۳- یوکاریوت‌‌ها که اگرچه میکروسکوپی بودند، اما از بقیه بزرگ‌تر و پیچیده‌تر بودند. سلول‌هایی که اسفنج‌های اولیه را ساختند و سلول‌هایی که امروزه بدن شما را می‌سازند، به طور قابل توجهی مشابه همان یوکاریوت‌های تک‌سلولیِ اولیه هستند. با این تفاوت مهم که سلول‌های شما خودشان دیگر به تنهایی قادر به‌زنده‌ماندن نیستند. در عوض، تریلیون‌ها عدد از آنها در نظمی مثال‌زدنی همه با هم در حال کارند تا شما زنده بمانید. حرکت از موجودات تک‌سلولی به جانورانِ پرسلولی یک گذار تکاملی عظیم بود. در نتیجه آن بدن شما اکنون نمایانگر دو سطح از حیات است. یک سطح، خود شما و دیگری کلنی بزرگی از سلول‌ها. درون سلول‌های همه‌ یوکاریوت‌ها، هم تک‌سلولی‌ها و هم پرسلولی‌ها، ساختارهای کوچکی به نام میتوکندری وجود دارد. دانشمندان قبلا فکر می‌کردند این ساختارها صرفا بخش‌هایی از سلول هستند. اما در اواخر دهه ۱۹۶۰، لین مارگولیس با کنار هم قراردادن کشفیات چند دانشمند دیگر ثابت کرد که ورای هر شک منطقی، باید گفت میتوکندری زمانی خود یک باکتری مجزا و زنده بوده است. میتوکندری‌ها ژن‌های مخصوصِ خود را دارند. آنها درون میزبان‌های بزرگ‌تر به طور مجزا زندگی و تولیدمثل کرده و می‌میرند. میتوکندری‌ها از مواد مغذی که سلول‌های ما تولید می‌کنند تغذیه می‌کنند، اما آنها انگل نیستند. میتوکندری در ازای غذا مولکول‌های مخصوصی به نام ATP تولید می‌کند. ATP، مولکولی است که بدن ما به عنوان منبع انرژی یا سوخت استفاده می‌کند. اگر میتوکندری‌ها را از بین ببرید، خود سلول نیز خواهد مرد. این کشف نشان می‌دهد که شما نه فقط شامل دو سطح، بلکه سه سطح از حیات هستید. سطح اول، فردیت شما، سطح دوم، یک کلنی از سلول‌ها و سطح سوم موجودیتی خودکفا به نام سلول. در ادامه حقایقی ژرف‌تر را بررسی خواهیم کرد. درون هر کدام از سلول‌‌ها و میتوکندری‌های شما ژنوم وجود دارد، مجموعه‌ای بزرگ از ژن‌‌ها که با هم سبب رشد، کارکرد و تولیدمثل شما می‌شوند. در اوایل دهه ۱۹۷۰، تئودور دینر مشغول بررسی علت یک بیماری در گیاه سیب‌زمینی بود. علتی که او کشف کرد، کوچک‌ترین و ساده‌ترین ساختار تولیدمثل‌‌کننده‌ای بود که تا آن زمان شناخته شده بود. او آنها را ویروئید نامید. ویروئیدها سلول نیستند. آنها حتي ویروس هم نیستند، بلکه ژن‌های زنده آزاد و منفردی هستند که با چسبیدن به حشرات به عنوان ابزاری برای انتقال به گیاه یا حتي با کمک باد حرکت می‌کنند. ویروئیدها با کمک مواد شیمیایی و مغذیِ درون سلول‌های گیاه تولید مثل می‌کنند. وجود ژن‌های زنده‌ آزاد قویا این ایده را تقویت می‌کند که ژنومِ نخستین سلول‌های روی زمین و همین‌طور ژنومِ سلول‌های بدن شما، در واقع می‌توانند مجموعه‌ای از ژن‌های منفرد باشند که با همیاری در کنار هم کار می‌کنند. به عبارت دیگر، بدن شما شامل چهار سطح از حیات است: ۱- خود شما،
۲- کلنی سلول‌ها، ۳- ترکیباتِ زیادی که هر یک از سلول‌ها را می‌سازند و نهایتا ۴- مجموعه‌ای از ژن‌ها که محتوای ژنومِ هر سلول را می‌سازند. هر سطح جدیدی از حیات، نتیجه‌ پدیده‌ای است که دانشمندان آن را «گذار تکاملی بزرگ» می‌نامند. علت این تحولات بزرگ چه بوده است؟ پاسخ در «همیاری» است. یک گذار تکاملی بزرگ با دور هم جمع‌شدن جانداران آزاد برای تشکیل گروهی مشارکتی آغاز می‌شود. در سطوح اولیه‌ همیاری، شرکت‌کننده‌ها آزادند تا به میل خود بیایند و بروند، اما اگر اعضای یک گروه زمان درازی در کنار هم بمانند، اغلب خودِ تقسیم وظایف نیز تکامل می‌یابد. مشارکت‌کننده‌ها هر کدام در وظایف گوناگونی تخصص پیدا می‌کنند. با گذشت زمان، اعضا ممکن است چنان در کاری متخصص شوند که دیگر خود به تنهایی قادر به بقا نباشند. اگر کل گروه به گونه‌ای با هم همکاری کنند که در بقا و تولید مثل کاملا به یکدیگر متکی باشند، یک اَبرارگانیسم جدید ساخته شده و یک گذار تکاملی بزرگ به وقوع پیوسته است. از این لحظه به بعد کل اعضای گروه همچون یک تن واحد تکامل پیدا می‌کنند. مدل‌هایی که شرایط طبیعی منجر به تکامل دوره‌های گذار را توصیف می‌کند، به کوشش دانشمندانی همچون جان مینارد اسمیت، ایئورت ساتماری، استوارت وِست و ویلیام همیلتون انجام شده است. با استفاده از این مدل‌ها دانشمندان می‌توانند سناریوهای طبیعی را در آزمایشگاه تقلید کنند و به این ترتیب، قادرند به طور مستقیم شاهد وقوعِ دوره‌های گذارِ تکاملیِ بزرگ باشند. در سال ۱۹۹۸، محققان اکوسیستم کوچکی با آغازیان تاژکدارِ ریز و جلبک‌های تک‌سلولی بر پا کردند. آغازیان می‌توانستند به‌راحتی سلول‌های منفرد جلبک را ببلعند. اما در خوردن سلول‌هایی که بعد از تولید مثل به یکدیگر چسبیده مانده بودند، دچار مشکل شدند. در کمتر از۲۰ نسل، جلبک به یک اجتماعِ چندسلولیِ همیار تکامل پیدا کرد. آنها گروه‌هایی هشت‌تایی با اتصالات محکم تشکیل ‌دادند که آغازیان قادر به خوردن آن نبودند. آزمایش مشابهی روی مخمرهای تک‌سلولی در سال ۲۰۱۱ نشان داد فقط ۳۲ روز بعد از تکامل کلنی‌های چندسلولی، تقسیم کار بین اعضا نیز تکامل پیدا کرد. این امر  به ظهور انواع سلول‌‌های منحصر به فردی  منجر شد که در کارهای گوناگون تخصص یافته بودند. این دو آزمایش نشان داد  نخستین ارگانیسم‌های چندسلولی چگونه تکامل یافتند، اما درباره میتوکندری‌ها و ادغام دائمی آنها با یوکاریوت‌ها چه می‌توان گفت؟ در یک مطالعه درازمدت که در سال ۲۰۰۸ به پایان رسید، مشاهده شد یک تک‌سلولیِ باکتری‌خوار، گونه‌ای از جلبک را که برای او قابل هضم نبود، به طور تصادفی بلعید. جلبک درونِ تک‌سلولی به رشد و تولید مثل خود ادامه داد. وقتی تک‌سلولی تولید مثل می‌کرد، دو سلول حاصل نیز حاوی آن جلبک بودند. پس از گذشت چندین سال و نسل‌های بسیار، محققان دریافتند  در مواقع کمبود غذا، تک‌سلولی‌هایی که درون خود جلبک داشتند نسبت به آنهایی که فاقد جلبک بودند، شانس خیلی بیشتری برای بقا داشتند. آنها با تغذیه از مواد زائدی که جلبک‌ها تولید می‌کردند از قحطی نجات یافتند. این پدیده آغازگرِ رابطه‌ای کاملا جدید بود که شباهت خیلی زیادی به رابطه‌ بین سلول‌های ما و میتوکندری‌های درون آن دارد.
http://statedclearly.com/videos/what-caused-lifes-major-evolutionary-transitions

 

ارسال دیدگاه شما