یافته های جدید تکامل ژنوم ماهی های الکتریکی

کد مطلب: 102686  |  تاريخ: شنبه ۱۹ شهریور ۱۴۰۱  |  ساعت: ۱۱:۳۴


یافته های جدید تکامل ژنوم ماهی های الکتریکی

به گزارش خبرگزاری علم و فناوری در مجله‌ی Science Advances  مقاله‌ای اخیراً منتشر شده است، که به کشف نحوه تکامل ماهی های الکتریکی کمک می‌کند.

ماهی‌های مارمانند الکتریکی که مارماهی برقی نیز نامیده می‌شوند، در بستر گل‌آلود رودخانه آمازون، وجود دارند. این ماهی ها هنگام پیدا کردن طعمه خود مانند قورباغه ها و دیگر طعمه‌های کوچک دو پالس ۶۰۰ ولتی الکتریسیته آزاد می‌کند تا طعمه را بی‌حس کنند یا بکشند.

این تاکتیک شکار به کمک ولتاژ بالا در تعداد بسیار کمی از گونه‌های ماهی وجود دارد این ماهی ها نوع ضعیف تری ولتاژ را هم برای برقراری ارتباط با دیگر اعضای گونه خود به کار می برند.

ماهی‌های الکتریکی شش گروه تاکسونومیک مجزا را در رودخانه‌های آمریکای جنوبی و آفریقا شامل می‌شوند و به غیر از آن‌ها سه تبار دریایی دیگر از ماهی‌های الکتریکی نیز وجود دارد.

طبق نظریه چارلز داروین که در کتاب منشا گونه‌ها نوشته بود غیرممکن است که بتوانیم تصور کنیم این اعضای عجیب که نه فقط یک بار، بلکه چندین بار ایجاد شده‌اند، طی چند مرحله تولید شده‌اند برهمین اساس است که هارولد زاکون، زیست‌شناس دانشگاه تگزاس در آستین و یکی از نویسندگان مطالعه‌ی جدید می‌گوید: «ما همچون بیشتر زیست‌شناسان فقط داروین را دنبال می‌کنیم.»

تیم زاکون در تگزاس و همکارانشان در دانشگاه ایالتی میشیگان با کنار هم گذاشتن سرنخ یافته های ژنومی به این نتیجه رسیدند که چگونه اعضای الکتریکی شبیه به هم به‌طور جداگانه در حدود ۱۲۰ میلیون سال تکامل پیدا کرده و در فاصله‌ی ۱۶۰۰ مایل در طول قیانوس های آمریکا و آفریقایی تبار ظاهر شده اند.

طبق این پژوهش بیش از یک راه برای تکامل اندام‌های الکتریکی وجود دارد. ماهی‌های آمریکای جنوبی و آفریقا ، از اندام‌های الکتریکی تخصصی الکتریسیته خاص خود را به دست می‌آورند که در امتداد بدنشان قرار گرفته است.

 

در سلول‌های عضلانی تغییریافته که الکتروسیت نام دارد،با باز شدن پروتئین های سدیم در غشای آن یک جریان الکتریکی ناگهانی به وجود می آید این سیگنال‌های الکتریکی درون و بین سلول‌ها جریان پیدا می‌کنند تا به عضلات کمک کنند تا به منظور حرکت منقبض شوند، اما در اندام‌های الکتریکی، ولتاژ به سمت بیرون هدایت می‌شود. شدت هر شوک به تعداد الکتروسیت‌هایی بستگی دارد که در هر زمان شلیک می‌شوند به گفته زاکون این توانایی با ساده‌ترین سیگنالی که می‌توانید تصور کنید، در ارتباط است.

 

دانشمندان، از طریق دنبال‌کردن تاریخچه ژنومی این ماهی‌ها یکی از جنبه‌های کلیدی تکامل اعضای  آنها را بازسازی کردند. این تکامل بین ۳۲۰ تا ۴۰۰ میلیون سال پیش در اعضای آنها آغاز شده است. در آن زمان، جد همه ماهی‌ها از حادثه ژنتیکی نادری که کل ژنومش را مضاعف کرد، جان سالم به در برد.و جز پیوسته‌استخوانان طبقه‌بندی می‌شدند.

مضاعف‌شدن کل ژنوم اغلب برای مهره‌داران کشنده است. اما ازآن‌جا که این پدیده نسخه‌های اضافه‌ای از هر چیزی که در ژنوم وجود دارد، ایجاد می‌کند، مضاعف‌شدن ژنتیکی همچنین می‌تواند امکان‌های ژنتیکی جدیدی را مهیا کند که قبلا مورد بهره‌برداری قرار نگرفته‌اند.

مضاعف‌شدن ژنتیکی به این معنا است که نسخه اضافه‌ای از ژنی را داشتند که برای پمپ سدیم اهمیت دارد. یکی از نسخه‌ها به کار خود در سلول‌های عضلانی ادامه داد و نسخه دیگر جهش‌هایی به دست آورد که خواص الکتریکی متمایزی را به الکتروسیت‌ها می داد.

مسئله بسیار مهم این بود که پیش از اینکه هر گونه سازگاری خاص الکتریکی را بتوانند به دست بیاورند، اول باید نسخه دوم ژن در سلول‌های عضلانی غیرفعال شوند در غیر این صورت، قابلیت‌های الکتروسیتی که ظاهر می‌شد، در حرکت اختلال ایجاد می‌کرد.

 در بافت عضلانی ماهی آفریقایی، ژن پمپ سدیم مانند قفلی بدون کلید، نمی‌توانست بدون مولکول خاصی فعال شود و در بیشتر ماهی‌های آمریکای جنوبی، این پمپ در عضلات وجود نداشت.

 تا حد زیادی ژن پمپ سدیم غیر فعال بود، زیرا یکی از عناصر کنترلی ضروری را نداشت که به‌طورخاص پمپ سدیم را در عضله افزایش دهد. این ژن در ماهیچه‌های یکی از تبارهای عجیب ماهی‌های آمریکای جنوبی همچنان فعالیت می‌کرد.

در ماهی‌های جوان این ژن غیرفعال بود، اما هنگام بلوغ ماهی که مجموعه متفاوتی از ژن‌ها کنترل کانال سدیم را در عضو الکتریکی به دست می‌گرفتند، دوباره فعال می‌شد. بنابراین، تبارهای مختلف ماهی‌ها به‌طور مستقل به استراتژی تغییر بافت عضلانی خود برای تولید اعضای الکتریکی، در نمونه بارزی از تکامل همگرا دست پیدا کرده بودند. از طریق انتخابی عمل کردن پمپ‌های سدیم در بافت‌های مختلف انجام داده بودند، اما از نظر نحوه تنظیم پمپ‌ها با یکدیگر فرق داشتند.

در یافته‌های جدید مشخص شد، درحالی‌که سایر ماهی‌های گروه پیوسته‌استخوانان برخی از ژن‌های مضاعف را برای ارسال سیگنال بین اعصاب و عضلات از دست داده بودند، برخی از تبارهای ماهی الکتریکی آن را حفظ کرده بودند. بدون این ژن‌های کلیدی که اعضای الکتریکی را تحت کنترل داوطلبانه مستقیم قرار می‌دهند، مارماهی‌های الکتریکی نمی‌توانستند الکتریسیته خاص خود را توسعه دهند.

دانشمندان مجذوب اهمیت احتمالی این منطقه کنترلی که آن‌ها در ژن‌های پمپ سدیم پیدا کردند، شده‌اند، ازآنجا که به‌نظر می‌رسد با دقت بالایی مشخص کند کدام بافت‌ها این پروتئین را بیان می‌کنند. همین منطقه کنترلی در پمپ‌های سدیم انسان‌ها و مهره‌داران دیگر هم دیده می‌شود. جهش‌هایی که بر فعالیت پمپ در سلول‌های ما اثر می‌گذارند، ممکن است موجب مشکلات سلامتی مختلفی مانند نوعی ضعف عضلانی به نام میوتونی شود.

پژوهش جدید تنها به چند نمونه از همگرایی و واگرایی که در ماهی الکتریکی دیده می‌شود، می‌پرازد. برخی از تبارهای آمریکای جنوبی با استفاده از نورون‌های اصلاح‌شده به‌جای سلول‌های عضلانی اصلاح‌شده، شوک‌های ضعیفی ایجاد می‌کنند. برخی از ماهی‌های الکتریکی در اقیانوس‌ها استراتژی‌های شوک الکتریسته عجیب‌تری تکامل داده‌اند. برای مثال، اورانوس‌ماهی از عضلات تغییریافته درون چشمش شوک را اعمال می‌کند.

ترکیبی از همگرایی و واگرایی که در سیستم‌های اندامی مانند ماهی‌های الکتریکی دیده می‌شود، دیدگاه بسیار غنی‌تری از اینکه زیست‌شناسی تا چه حد قابل پیش‌بینی و تا چه حد غیرمنتظره است، ارائه می‌دهد.


http://stnews.ir/content/news/102686/یافته های جدید تکامل ژنوم ماهی های الکتریکی

چاپ خبر