کشف ردپای ۷۰۰ میلیون ساله تکامل سلول های خون انسان

خون را مانند یک معجزه مدرن تصور کنید: سرخ، جاری و کاملا آشنا. با این حال، درون هر قطره از آن ممکن است سازوکارهایی پنهان باشد که از خود جانوران نیز کهن‌ترند.

پژوهشگرانی به سرپرستی دانشگاه کیوتو، تبار سلول‌های خون را تا حدود ۷۰۰ میلیون سال پیش دنبال کرده‌اند و نشان داده‌اند سلول‌هایی که در رگ‌های ما جریان دارند، از ابتدا توسط جانوران چندسلولی ابداع نشده‌اند. در عوض، به نظر می‌رسد این سلول‌ها ابزارهایی بازآفرینی‌شده باشند؛ مدارهای ژنتیکی و رفتارهایی که از نیاکان تک‌سلولی به ارث رسیده و در گذر زمان‌های بسیار طولانی به هم پیوند خورده‌اند.

چگونه می‌توان گذشته‌ای را خواند که هیچ استخوانی از خود بر جا نگذاشته است؟ باید مولکول‌های آن را خواند. این گروه پژوهشی ترنسکریپتوم‌ها، یعنی الگوهای فعال بیان ژن، را در سلول‌های خون و سلول‌های ایمنی طیف گسترده‌ای از موجودات زنده مقایسه کرد: انسان، موش، گورخرماهی، آسیدی‌ها، توتیاهای دریایی، مگس‌ها، کرم‌ها، اسفنج‌ها و حتی خویشاوندان تک‌سلولی نزدیک جانوران. منطق پژوهش ساده است. اگر دو نوع سلول دور از هم از برنامه‌های تنظیمی بسیار مشابهی استفاده کنند، ممکن است ریشه آن‌ها به یک نقشه اولیه مشترک بازگردد.

الگویی که پدیدار شد، چشمگیر بود. سلول‌های خونی اولیه کمتر شبیه حاملان ظریف اکسیژن بودند و بیشتر به لاشه‌خوارانی چابک شباهت داشتند: شکارچیان آمیب‌مانندی که ذرات را به طور کامل می‌بلعیدند. ماکروفاژها را در نظر بگیرید؛ همان گلبول‌های سفید درشت که پسماندها و میکروب‌های مهاجم را پاکسازی می‌کنند. امضاهای ژنتیکی مربوط به فاگوسیتوز و حرکت سلولی نه تنها در تبارهای مختلف جانوری، بلکه در چندین گونه تک‌سلولی نیز دیده شد؛ نشانه‌ای که می‌گوید این رفتارها پیش از پیدایش چندسلولی بودن وجود داشته‌اند.

یک ژن بارها خود را نشان داد: فوس. این تنظیم‌گر به سلول‌ها کمک می‌کند حالت خود را تغییر دهند و به محیط پاسخ دهند. هنگامی که پژوهشگران بیان ژن فوس را در یکی از خویشاوندان تک‌سلولی افزایش دادند، سلول‌ها زندگی خوشه‌ای معمول خود را کنار گذاشتند و به حالت منفرد و آمیب‌مانند بازگشتند؛ رفتاری که بیشتر به شکارچیان فاگوسیت‌کننده شبیه بود تا کلونی‌های اجتماعی. همین دستکاری ساده از یک پیوستگی عمیق پرده برداشت: ابزارهای ژنتیکی لازم برای عملکردهای شبیه ماکروفاژ، مدت‌ها پیش از تکامل جانوران، در نیاکان تک‌سلولی فراهم شده بود.

از آن ذخیره باستانی و شبیه ماکروفاژ، به نظر می‌رسد درخت تکاملی خون شاخه‌ شاخه شده باشد. یک شاخه به پیدایش ماست‌سل‌ها انجامید؛ نگهبانان واکنش سریع دستگاه ایمنی که بعدها به انواع سلولی مانند سلول‌های تی، گلبول‌های قرمز و پلاکت‌ها تنوع یافتند. در همین حال، شاخه منشأگرفته از ماکروفاژ به سلول‌هایی مانند سلول‌های بی تکامل پیدا کرد که پادتن تولید می‌کنند. این یک شجره‌نامه است که نه با فسیل‌ها، بلکه با بیان ژن نوشته شده است.

این بازسازی تکاملی دستاوردهای کاربردی نیز دارد. شناخت اینکه برنامه‌های سلول‌های خونی چگونه سرهم‌بندی شده‌اند، کمک می‌کند بفهمیم چرا برخی بیماری‌ها پدیدار می‌شوند و رفتارهای سلولی چگونه در وضعیت‌هایی مانند سرطان از نو سیم‌کشی می‌شوند. این یافته همچنین یک واقعیت روزمره را از زاویه‌ای تازه نشان می‌دهد: گشت‌های ایمنی و حاملان اکسیژن در بدن ما، تجسم آزمایش‌های تکاملی‌ای هستند که زمانی آغاز شدند که حیات هنوز تک‌سلولی بود.

هیروشی کاواموتو از دانشگاه کیوتو گفت: "این یافته‌ها عمیقا مرا تحت تأثیر قرار داده‌اند" و این مطالعه را نتیجه تلاشی طولانی برای ترسیم تمایز سلول‌های خونی در گستره‌ای عظیم از زمان دانست. یوسوکه ناگاهاتا، از نویسندگان همکار، افزود که آگاهی از اینکه چنین میراثی در بدن ما جریان دارد، نوع دیگری از نزدیکی به حیات باستانی ایجاد می‌کند.

این پژوهش در مجموعه مقالات آکادمی ملی علوم منتشر شده و پنجره‌ای به این پرسش می‌گشاید که نوآوری زیستی چگونه می‌تواند از راه سیم‌کشی دوباره و استفاده مجدد از اجزای قدیمی پیش برود، نه الزاما با ابداع اجزایی کاملا تازه. دفعه بعد که نبض خود را حس کردید، به این نکته فکر کنید: خون شما فقط شما را زنده نگه نمی‌دارد؛ بلکه داستانی را نیز با خود حمل می‌کند که مدت‌ها پیش از راه رفتن جانوران روی زمین آغاز شده است.