پیشرفتی بزرگ در درک فرگشت

MacTavish · 9/3/20

یک مطالعۀ جدید بطور دقیق نشان میدهد که تقیسم میتوکندریایی چطور از آغاز فرگشت به همان شکل باقی مانده و تغییری در آن صورت نگرفته است. نظریه درون‌هم‌زیستی به طور جامع به بررسی منشاء سلولی پرداخته است.

بر اساس این نظریه، موجودات ِ زنده موسوم به یوکاریوت‌ها از ارگانیسم‌های تک سلولی به نام پروکاریوت‌ها فرگشت یافته‌اند. این نظریه توضیح میدهد که میتوکندری‌ها از باکتری‌های یروکاریوتی سرچشمه گرفته‌اند. از میتوکندری بعنوان کارخانۀ تولید انرژیِ سلول یاد می‌شود. زیست‌شناسان بر این باورند که دلیل حفظ ساختار میتوکندری در یوکاریوت‌ها، جد مشترک آنهاست. لذا این چنین استنباط شده است که میتوکندری در میان گونه‌های مختلف، یک ساختار مشابه است؛ از ساده ترین موجودات زنده گرفته تا پیچیده‌ترین‌شان.

حالا میدانیم که با تقسیم سلول‌ها، میتوکندری هم تقسیم می‌شود؛ اما چگونگی تقسیم میتوکندری مسئله‌ای است که کماکان در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. آیا این امکان هست که میتوکندری در میان موجودات چندسلولی مختلف به شیوه یکسانی تقسیم گردد؟ با توجه به اینکه میتوکندری‌ها در انجام برخی از حیاتی‌ترین فرایندها در درون سلول به ایفای نقش می‌پردازند (مثل حفظ متابولیسم سلولی)، پی‌بردن به این مسئله که آنها چگونه تکثیر پیدا می‌کنند، می‌تواند زمینه‌های پیشرفت را در تحقیقات مربوط به زیست‌شناسی سلولی فراهم نماید.

در یک مطالعۀ جدید، گروهی از دانشمندان در دانشگاه علوم توکیو به سرپرستی پروفسور «ساچیهیرو ماتسوناگا» تلاش کردند تا پاسخی برای منشاء تقسیم میتوکندریایی پیدا کنند. پروفسور ماتسوناگا و تیمش برای انجام ِ این کار، نوعی جلبک قرمز را مورد مطالعه قرار دادند؛ یعنی ساده‌ترین نوع یوکاریوت که فقط یک میتوکندری دارد. محققان می‌خواستند به این مسئله پی‌ببرند که آیا دستگاه‌های دخیل در تکثیر میتوکندری در میان گونه‌های مختلف، یکسان است یا خیر؛ اگر هست، دلیلش چیست؟ پروفسور ماتسوناگا دربارۀ انگیزه این تحقیق اظهار داشت: « میتوکندری‌ها نقش مهمی در فرایندهای سلولی دارند، زیرا انرژی لازم برای انجام فعالیت‌های حیاتی را فراهم می‌کنند. این نکته مشخص است که تقسیم سلولی با تقسیم میتوکندریایی همراه است. »

این تحقیق نشان می‌دهد که تکثیر میتوکندریایی چگونه در ساده‌ترین و پیچیده‌ترین موجودات زنده شبیه به هم است. با این کار، می‌توان به شواهدی درباره منشاء آن بدست آورد.

دانشمندان در ابتدا آنزیمی به نام «اورورا کیناز» را مورد بررسی قرار دادند. این آنزیم در فعال‌سازی آن دسته از پروتئین‌هایی نقش دارد که در تقسیم سلولی نقش دارند و باعث فسفردار شدن‌شان می‌شود. در این فرایند، گروه‌های فسفر به پروتئین‌ها افزوده می‌شوند تا کارکردشان را تنظیم کنند. محققان با استفاده از روش‌هایی مثل تجزیه و تحلیل لکه ایمنی نشان دادند که پروتئین اورورا کیناز در جلبک‌های قرمز باعث فسفردار شدنِ پروتئینی به نام دینامین می‌شود. دینامین در تقسیم میتوکندری به ایفای نقش می‌پردازد.

پروفسور ماتسوناگا که از چنین یافته‌هایی ابراز خرسندی کرده و می‌خواهد گام بعدی را در پیشبرد این تحقیقات بردارد. آنها می‌خواهند محل دقیق فسفردار شدنِ دینامین توسط آنزیم اورورا کیناز را شناسایی کنند. محققان موفق شدند با استفاده از آزمایش های طیف‌سنجی جرمی، چهار محل را شناسایی نمایند. پروفسور ماتسوناگا در ادامه گفت: «وقتی ما به دنبال پروتئین‌هایی گشتیم که آنزیم اورورا کیناز آنها را فسفردار کرده است، از یافتن دینامین شگفت‌زده شدیم؛ این پروتئین میتوکندری را محدود ساخته و باعث گسترش تقسیم سلولی می‌شود.»

محققان با کسب بینش دربارۀ چگونگی تقسیم میتوکندری در جلبک قرمز این سوال را در ذهن داشتند که آیا این فرایند می‌تواند در یوکاریوت‌های فرگشت یافته‌تری مثل انسان‌ها نیز به همین منوال باشد یا خیر. پروفسور ماتسوناگا و همکارانش از یک نسخه انسانیِ آنزیم اورورا کیناز استفاده کردند تا ببیند آیا این آنزیم در فسفردار کردن دینامین انسان هم نقش دارد یا خیر. همین عامل باعث شد آنها به این نتیجه برسند که فرایندی که میتوکندری‌ها در طی آن تقسیم می‌شوند، در میان موجودات زنده یوکاریوتی مختلف، شباهت بسیار زیادی به هم دارد.

پسوفسور ماتسوناگا با تکیه بر یافته‌های تیم خود این گونه توضیح داد: «ما در آزمایش‌ها نشان دادیم که “اورورا کیناز” ، دینامین را در سلول‌های انسان، فسفردار می‌کند. به عبارت دیگر، یافته‌های ما نشان می‌دهد که مکانیزمی که طی آن دینامین در میتوکندری فسفردار می‌شود، از جلبک‌های اولیه تا انسان‌های امروزی به طور ثابت و بدون تغییر باقی مانده است.»

دانشمندان از قدیم‌ این ایده را مورد پرسش‌گری قرار داده‌اند که تقسیم سلولی در همه یوکاریوت‌ها، مشابه بوده است یا خیر. مطالعۀ حاضر نه تنها برای اولین‌بار به نقش ِ یک آنزیم جدید در تکثیر میتوکندری اشاره می‌کند، بلکه نشان می‌دهد که این فرایند در میان انسان‌ها و جلبک‌ها مشابه است. پس این واقعیت مورد تاکید قرار می‌گیرد که احتمالا جد ِ مشترک آنها در این فرایند نقش داشته است. روی هم رفته، می‌توان چنین استنباط کرد که برخلاف تصور، ما نقاط ِ مشترک زیادی با گونه‌های دیگر داریم. شواهدی که محققان در میتوکندری‌های ما پیدا کرده‌اند، از این ادعا پشتیبانی می‌کند.