11 دقیقه
تحقیقی میان‌رشته‌ای تازه نشان میدهد که تماس با عنصر سرب — که اغلب به‌عنوان یک آلاینده مدرن شناخته شده — بخشی از تجربه هومینیدها برای بیش از دو میلیون سال بوده است. با ترکیب داده‌های ژئوشیمی فسیل‌ها، مدلهای آزمایشگاهی رشد‌یافته از مغز و تحلیل‌های ژنتیکی، یک تیم بین‌المللی شواهدی را آشکار کرده که نشان میدهد مواجهه‌های مکرر با سرب ممکن است در توسعهٔ مغز، رفتار اجتماعی و حتی فرایند تکامل زبان تأثیر گذاشته باشد. این پژوهش بین‌رشته‌ای می‌تواند چشم‌اندازی نو دربارهٔ نقش آلودگی سرب در تاریخ تطوری انسان فراهم کند و پرسش‌های جدیدی دربارهٔ چگونگی تأثیر عوامل محیطی بر ژن‌ها و شبکههای عصبی مطرح سازد.
یک مطالعه بین‌المللی بنیان‌گذار نشان میدهد که انسان‌ها و نیاکان آن‌ها برای بیش از دو میلیون سال — بسیار پیش از دوران صنعتی — در معرض فلز سمی سرب بودهاند. این نتیجه چارچوب مرسوم دربارهٔ منشأ آلودگی سرب را بازتعریف میکند و بر پیوند میان پالئوپلیوتولوژی، زیست‌پزشکی و ژنتیک تأکید می‌نماید. Credit: Stock
رشتهٔ سمی در طول زمان عمیق
دانش مرسوم، سطوح خطرناک سرب را عمدتاً به فعالیت‌های صنعتی اخیر نسبت میدهد — مانند معدن‌کاری، ذوب‌آهن، بنزین سربی و رنگ‌های حاوی سرب. اما این مطالعه جدید با ردیابی مواجههٔ سرب به اعماق گذشتهٔ ما، آن فرض را زیر سؤال می‌برد. پژوهشگران 51 دندان فسیلی را از مجموعه‌ای گسترده از هومینیدها و بزرگ‌میمون‌ها — شامل Australopithecus africanus، Paranthropus robustus، گونه‌های نخستین Homo، نئاندرتال‌ها و انسان هوشمند مدرن — از نظر شیمیایی تحلیل کردند و الگوهای مکرر جذب سرب در دوران کودکی را یافتند که تا نزدیک به دو میلیون سال پیش بازمی‌گردد. این شواهد نشان میدهد آلودگی سرب صرفاً یک پدیدهٔ قرن بیستم نیست بلکه یک عامل محیطی تکرارشونده در محیط زیست دیرینه بوده است.
پژوهشگران با استفاده از ژئوشیمی لیزری با دقت بسیار بالا (laser-ablation) در تأسیسات Geoarchaeology and Archaeometry Research Group (GARG) در لیزمور و ابزارهای مکمل در آزمایشگاه‌های اکسپوزومیکس، نوارهای باریکی از «سرب» را که در مینای دندان و عاج لایه‌بندی شده بود، شناسایی کردند. دندان‌ها به‌صورت تدریجی رشد میکنند، بنابراین هر نوار نمایانگر یک پنجرهٔ زمانی مشخص در دوران کودکی است: این نوارها رخدادهای منفرد نیستند بلکه پالس‌های اپیزودیک و متناوب مواجهه را ثبت میکنند. بررسی دقیق‌تر این لایه‌ها امکان ایجاد یک تقویم زیست‌محیطی از مواجهه‌های دوران رشد را فراهم کرد.
ردپاهای شیمیایی نشان‌دهندهٔ چند مسیر محیطی هستند: آلودگی طبیعی از خاک و آب، آئروسلهای آتشفشانی و احتمالاً نقاط محلی‌شده‌ای که هومینیدها در آن‌ها با غلظت‌های بالای سرب روبرو شده‌اند. همچنین سوابق فسیلی اشاره‌ای به آزادسازی زیستی‌شده دارند: تحت فشار یا بیماری، سرب ذخیره‌شده در استخوان می‌تواند آزاد شده و دوباره وارد گردش خون شود و پس از آن در دندانهای در حال تشکیل نشانهٔ ثانویه‌ای بر جای بگذارد. بنابراین ترکیبی از منابع طبیعی و فرایندهای زیست‌شناختی می‌تواند شکل‌دهندهٔ الگوهای مشاهده‌شده باشد.
این اینفوگرافیک نشان میدهد: مواجههٔ انسان‌ها با سرب در دوران مدرن در مقایسه با نیاکان ما؛ چگونه دندانهای فسیلی و بافت مغزی برای این مطالعه تحلیل شدند؛ و چگونه ژن نووا۱ مدرن ممکن است در برابر اثرات نامطلوب سرب محافظت کرده باشد. Credit: J Gregory @2025 Mount Sinai Health System
از فسیل تا عملکرد: ارگانوئیدهای مغزی و کلیدهای ژنتیکی
فسیل‌ها می‌گویند مواجهه رخ داده؛ آزمایش‌ها می‌سنجند که این مواجهه چه معنایی می‌تواند داشته باشد. برای بررسی پیامدهای عملکردی، پژوهشگران ارگانوئیدهای مغزی انسانی رشد دادند — مدلهای سهبعدی مشتق از سلولهای بنیادی که رشد اولیهٔ مغز را بازتولید میکنند — و آن‌ها را ویرایش ژنتیکی کردند تا یا نسخهٔ مدرن انسانی و یا گونه‌ای دیرینه از یک تنظیم‌کنندهٔ توسعه‌ای به نام NOVA1 را حمل کنند. این رویکرد اجازه داد تا تأثیر همزمان تفاوت‌های ژنتیکی و مواجههٔ محیطی با سرب بر فرایندهای مولکولی و شبکههای عصبی مورد مطالعه قرار گیرد.
با استفاده از این ارگانوئیدها، مطالعه بررسی کرد که چگونه مواجههٔ با سرب مسیرهای مولکولی را در طول نوروروزش بازآرایی میکند. ژن NOVA1 در پردازش RNA نقش دارد و می‌تواند نحوهٔ بیان چندین ژن پایین‌دستی را تغییر دهد. یکی از بازیگران پایین‌دستی FOXP2 است، ژنی که پیش‌تر در مدارهای مرتبط با گفتار و زبان نقش‌آفرینی نشان داده است. هنگامی که ارگانوئیدهایی با نسخهٔ دیرینهٔ NOVA1 در معرض سرب قرار گرفتند، آزمایش‌ها اختلال قابل‌توجهی در فعالیت‌های مرتبط با FOXP2 در نورون‌های قشری و تالامیک نشان داد — مناطقی از مغز که با ارتباطات، برنامه‌ریزی حرکتی و یکپارچه‌سازی حسی در ارتباط هستند. در مقابل، ارگانوئیدهایی که نسخهٔ مدرن انسانی NOVA1 را داشتند، در برابر همان دوزهای سرب کمتر دچار اختلال شدند. این یافته نشان میدهد تفاوت‌های ژنتیکی اندک میتوانند حساسیت شبکههای عصبی به نوروتوکسینهایی مانند سرب را تغییر دهند.
با استفاده از ارگانوئیدهای مغزی انسانی (مدلهای کوچک و رشد یافتهٔ آزمایشگاهی از مغز)، تیم اثرات سرب را بر دو نسخه از ژن حیاتی توسعه‌ای NOVA1 مقایسه کرد؛ ژنی که شناخته‌شده‌است در هنگام مواجهه با سرب نقش مهمی در تنظیم بیان ژن‌ها ایفا میکند. نسخهٔ مدرن انسانی NOVA1 با آنچه در نئاندرتال‌ها و دیگر هومینیدهای منقرض‌شده یافت می‌شود، تفاوت دارد. Credit: University of California San Diego
چرا NOVA1 اهمیت دارد
- NOVA1 در پنجره‌های بحرانی رشد مغز، بر برش و بیان بسیاری از ژنهای نورونی نظارت دارد و بنابراین می‌تواند شبکههای عصبی را ساختاربندی کند.
- اختلافات کوچک میان واریانتهای دیرینه و مدرن NOVA1 به‌نظر می‌رسد حساسیت به نوروتوکسینهایی مانند سرب را تغییر می‌دهند و بدین‌ترتیب آسیبپذیری یا تابآوری را تعیین میکنند.
- وقتی واریانتهای ژنتیکی محافظتی تأثیر یک سم را کاهش می‌دهند، آن واریانت می‌تواند تحت فشار انتخابی قرار گیرد — به‌خصوص اگر آن سم در محیط گسترده و مکرر باشد. این فرایند می‌تواند به تدریج توزیع ژنتیکی جمعیت‌ها را تغییر دهد.
زبان، بقا و پرسش نئاندرتال
یکی از پیامدهای تحریک‌آمیز این مطالعه زاویه‌ای تکاملی است که پیشنهاد میدهد چرا انسان‌های مدرن ممکن است نسبت به نئاندرتال‌ها عملکرد متفاوتی داشته‌اند. آزمایش‌های ارگانوئیدی نشان میدهد که نسخهٔ شبیه‌به نئاندرتال NOVA1 شبکههای عصبی کنترل‌کنندهٔ فعالیت FOXP2 را حساس‌تر به اختلالات ناشی از سرب کرده است. اگر تماس با سرب در محیط‌هایی که جمعیتهای هومینید در آن‌ها زندگی می‌کردند مکرر بوده، افرادی که واریانتهای ژنتیکی مقاوم‌تری داشتند ممکن بود در طول نسل‌ها مزایای شناختی یا ارتباطی ظریف اما تجمعی کسب کنند که به‌صورت تدریجی بر شانس بقا و موفقیت اجتماعی آن‌ها تأثیر بگذارد.
پروفسور رنو ژوان-بوا، رئیس GARG در دانشگاه سادرن کراس، استدلال کلی را خلاصه کرد: مغز نیاکان ما در محیطی رشد یافت که شامل فلزات نوروتوکسیک بود. آن فشار محیطی، که در طول هزاران سال تکرار شده، ممکن است مسیرهای ژنتیکی و توسعه‌ای را به سمتی سوق داده باشد که رفتار اجتماعی و شناخت را تغییر داده است. چنین فشاری می‌تواند بر آمار ویژگی‌های ژنتیکی جمعیت‌ها اثر بگذارد و به پیدایش صفاتی کمک کند که امروز در ساختارهای عصبی ما بازتاب دارند.
«این کار نشان میدهد مواجهه با آلاینده‌های محیطی مانند سرب فقط به افراد آسیب نمی‌زد — بلکه فشارهای تکاملی را نیز شکل می‌داد»، گفت پروفسور آلیسون موئوتری، مدیر مؤسسهٔ سلولهای بنیادی UC San Diego که در آزمایش‌های ارگانوئیدی مشارکت داشت. «یک واریانت که هنگامی که سرب حضور دارد، اختلال‌های عصبی را کاهش میدهد می‌تواند مزیت معنیداری در بقا یا ارتباطات فراهم آورد.»
پروفسور رنو ژوان-بوا، گروه تحقیقات ژئوأرخئولوژی و آرکئومتری در دانشگاه سادرن کراس. Credit: Southern Cross University
روش‌های علمی و همکاری میان‌رشته‌ای
این مطالعه به‌خاطر روش‌شناسی میان‌رشته‌ای خود برجسته است. نقشه‌برداری ژئوشیمیایی دندانهای فسیلی دقت زمانی مواجهه‌ها را در دوران کودکی فراهم آورد. اکسپوزومیکس آزمایشگاهی پیامدهای مولکولی را در بافت عصبی در حال رشد کمی‌سازی کرد. و نهایتاً، تحلیل‌های ژنتیکی و پروتئومیک آسیب‌های محیطی را به تغییرات در مسیرهای حاکم بر نوروروزش، رفتار اجتماعی و ارتباط پیوند زدند. این سه‌گوشی — شواهد پلئوشیمیایی همراه با مدل‌سازی کنترل‌شدهٔ آزمایشگاهی و پروفایلینگ مولکولی — داستان علیتی را تقویت میکند به‌طوری که هر رویکرد مجزا به‌تنهایی قادر به ارائهٔ چنین چارچوبی نبود.
پژوهشگران نمونه‌ها را از آفریقا، اروپا، آسیا و اقیانوسیه گردآوری کردند تا یک پایهٔ فسیلی از نظر جغرافیایی گسترده فراهم آید. در آزمایشگاه، آزمایش‌های دوز-پاسخ به‌گونه‌ای طراحی شدند که مواجهه‌های اپیزودیک مشابه نوارهای سرب در دندان‌ها را شبیه‌سازی کنند، نه سطوح مزمن و صنعتی. سپس پروفایل‌های ترنسکریپتومیک و پروتئومیک نشان دادند کدام شبکههای سلولی بیشترین اختلال را در برابر سرب در پس‌زمینه‌های ژنتیکی دیرینه در برابر مدرن تجربه کردند. چنین طراحی تجربی کمک کرد تا اثرات محیطی و زمینهٔ ژنتیکی به‌طور جداگانه و تعاملی مورد تحلیل قرار گیرند.
دیدگاه کارشناسان
دکتر النا مورالس، دانشمند حوزهٔ نورو-تکامل (شخصیتی ساختگی برای زمینهٔ بحث)، اظهار داشت: «ترکیب شیمی فسیل‌ها و زیست‌شناسی ارگانوئیدی پلی قدرتمند میان تاریخ زمین و عملکرد مغز ایجاد میکند. این یافته‌ها قصد یا جهت‌گیری معینی در تکامل را نشان نمی‌دهند، اما برجسته میکنند که چگونه سموم محیطی میتوانند یک نیروی انتخابی دست‌کم‌گرفته‌شده باشند. برای باستان‌شناسان و دانشمندان سلامت عمومی، این مطالعه سرب را نه فقط به‌عنوان یک آلایندهٔ سدهٔ بیستم، بلکه به‌عنوان یک عامل اکولوژیک طولانی‌مدت بازتعریف میکند.»
پیامدها برای سلامت عمومی و پژوهش‌های آینده
گرچه مسیرهای مواجههٔ دیرینه با منابع صنعتی کنونی تفاوت دارند، مطالعه تأکید میکند که یک تداوم تامل‌برانگیز وجود دارد: سرب به‌صورت مکرر در تاریخ هومینیدها حضور داشته است. این پایداری دو دسته اهمیت مدرن را مطرح می‌سازد. نخست، روایت زیست‌شناختی را عمیق‌تر میکند که چرا کودکان به‌ویژه در برابر سرب آسیب‌پذیرند و چرا بعضی جمعیت‌ها ممکن است حساسیت‌های ارثی یا محافظت‌های جزئی داشته باشند. واریانتهای ژنتیکی که زمانی تأثیر نوروتوکسیک سرب را کاهش می‌دادند ممکن است هنوز هم نحوه واکنش بدن‌های مدرن به مواجهه را تحت تأثیر قرار دهند؛ این امر پیوندی میان ژنتیک تطوری و اپیدمیولوژی مدرن برقرار می‌سازد.
دوم، این کار ضرورت حذف منابع باقی‌ماندهٔ سرب در محیط را برجسته میکند. حتی اگر برخی تغییرات ژنتیکی تاریخی اختلالات توسعه‌ای شدید را کاهش داده باشند، هیچ واریانتی ژنتیکی ایمنی کامل فراهم نمی‌آورد. مواجههٔ معاصر با سرب — از سامانه‌های آبی آلوده، رنگ‌های قدیمی، سایت‌های صنعتی و آلودگی‌های بازماندهٔ تاریخی — همچنان یک بحران سلامت عمومی با تأثیرات اثبات‌شده بر رشد شناختی و رفتار است. این نتیجه‌گیری نیازمند سیاست‌گذاری، پایش محیطی و مداخلات بهداشت عمومی تقویت‌شده است تا از زیان‌های امروز کاسته شود.
مطالعات آینده باید اندازهٔ نمونه‌ها را در محل‌های فسیلی گسترش دهند، واریانتهای ژنی دیرینهٔ بیشتری را در مدلهای ارگانوئیدی وارد کنند و سایر نوروتوکسینهایی را که ممکن است بر تکامل انسان تأثیر گذاشته باشند، بررسی نمایند. در بلندمدت، برنامهٔ پژوهشی به یک ترکیب غنی‌تر میان داده‌های پالئوانوایروینمنتال و علوم بیومدیکال مدرن اشاره دارد: شرایطی که مغزهای باستانی را شکل دادند صرفاً کنجکاوی‌های تاریخی نیستند، بلکه رشته‌هایی هستند که همچنان در زیست‌شناسی انسان امروز جاری‌اند.
تحلیل‌های ژنتیکی و پروتئومیک در این مطالعه نشان دادند که مواجههٔ سرب در ارگانوئیدهای دارای واریانت دیرینه مسیرهای دخیل در نوروروزش، رفتار اجتماعی و ارتباط را مختل کرد. به‌ویژه، تغییر در فعالیت FOXP2 نشانه‌ای از پیوند ممکن میان مواجههٔ دیرینه با سرب و پالایش تکاملی توانایی‌های زبانی در انسان‌های مدرن ارائه میدهد. این یافته می‌تواند الهام‌بخش بررسی‌های بیشتر در پیوند میان ژنهای درگیر در گفتار، عوامل محیطی و انتخاب طبیعی در تاریخ انسان باشد.
منبع: scitechdaily
ارسال نظر