8 دقیقه
هر زمستان، یک شاهکار زیستشناختی که به نظر داستان علمیتخیلی میآید در شرؤ معمولی (Sorex araneus) رخ میدهد: این پستاندار کوچک حجم مغز خود را تقریباً تا ۳۰ درصد کاهش میدهد تا در مصرف انرژی صرفهجویی کند و سپس در بهار همان حجم اولیه را بازیابی میکند. پژوهشهای ژنومی اخیر در حال پیگیری مسیرهای تکاملی و مولکولی پشت این کوچکشدن قابل بازگشت مغز هستند و سرنخهایی فراهم میکنند که میتوانند به تحقیقات مربوط به نورودژنراسیون انسانی کمک کنند. این مطالعات با توالییابی ژنوم کامل و تحلیلهای بیان ژن فصلی، بینشهای نوینی درباره پلاستیسیته عصبی فصلی، هموستازی آب-نمکی و تنظیم انرژی در مغز ارائه دادهاند که برای رشتههایی مانند زیستشناسی تکاملی، زیستپزشکی و پژوهشهای بیماریهای عصبی اهمیت دارد.
پدیده دهنل چیست و چرا اهمیت دارد؟
کوچکشدن و رشد مجدد بافت مغزی در فصلهای مختلف، با عنوان پدیده دهنل شناخته میشود؛ نامی که از زیستشناس لهستانی آگوست دهنل گرفته شده است که برای نخستینبار این الگو را توصیف کرد. این پدیده در میان پستانداران نادر است اما منحصر به شروها نیست: گونههایی مانند موش کورهای اروپایی، راسوها و stoatها (نوعی راسوچه) نیز کاهش فصلی اندازه مغز را نشان میدهند. این گونهها ویژگیهای مشترکی دارند—نرخ متابولیک بسیار بالا و فقدان خواب زمستانی واقعی (hibernation)—که ممکن است آنها را مجبور کند استراتژیهای افراطی مانند کوچکسازی اندام و بافتها را برای زنده ماندن در دورههای کمبود غذا اتخاذ کنند. در واقع، کاهش اندازه مغز و بدن به طور عملی مصرف انرژی روزانه را پایین میآورد و میتواند شانس بقا را در زمستانهای سخت افزایش دهد.
اما کوچکشدن قابل بازگشت یک معمای زیستیِ جالب پدید میآورد: چگونه ممکن است حیوانی تا یکسوم از حجم مغز خود را از دست بدهد بدون اینکه از دست دادن دائمی نورونها یا فروپاشی شناختی رخ دهد؟ شواهد اخیر نشان میدهد که پاسخ در تغییرات قابل بازگشت تعادل آب، دینامیک سد خونی-مغزی (blood-brain barrier) و فعالیتهای ژنی بسیار تنظیمشده نهفته است؛ یعنی سلولها حفظ میشوند در حالی که بافتها جمع میشوند، و سپس با بهار منابع و شرایط مناسب دوباره بازسازی میشوند. این مکانیسمها شامل تنظیم آب بین داخل و خارج سلولی، تغییر در نفوذپذیری عروق مغزی و فعالسازی شبکههای ژنی مرتبط با نوروجنسیس و تعمیر DNA هستند که از سلولها در برابر آسیبهای طولانیمدت محافظت میکنند.
سرنخهای ژنتیکی از ژنوم کامل شرو
برای مشخص کردن ژنهایی که پشت این پلاستیسیته فصلی قرار دارند، یک تیم به رهبری اکولوژیست ویلیام توماس از دانشگاه استونیبروک ژنوم کامل شرؤ معمولی را گردآورد و آن را با ژنوم گونههای دیگر که پدیده دهنل را نشان میدهند مقایسه کرد. این پروژه بر پایه کارهای قبلی قرار گرفت که تغییرات فصلی در بیان ژن را در مناطق مختلف مغز پروفایل کرده بود. ترکیب توالییابی ژنوم کامل با تحلیل بیان ژن فصلی امکان جداسازی ژنهای محافظتی از آنهایی را فراهم کرد که احتمالاً مسئول تغییرات ساختاری موقت در بافتهای عصبی هستند.
کدام ژنها برجستهاند؟
- ژنهایی که با نوروژنز (تولید بافت عصبی جدید) مرتبطاند، در گونههای مختلفی که تغییرات مشابه دهنل را نشان میدهند، دارای بیان بالاتر بودند—این یافته پشتیبان وجود یک برنامه ژنتیکی محافظتشده برای بازآرایی قابل بازگشت مغز است. افزایش بیان ژنهای مرتبط با تکثیر پیشسازهای عصبی و مسیرهای سیگنالی رشد میتواند به تشکیل یا بازگشت سریعتر شبکههای عصبی پس از دورهٔ انقباض کمک کند و نشان میدهد که «پلاستیسیته فصلی مغز» محصول یک پاسخ تنظیمی عمیق است، نه صرفاً تغییرات فیزیولوژیک سطحی.
- ژن VEGFA که نفوذپذیری سد خونی-مغزی و پاسخهای عروقی را تحت تأثیر قرار میدهد، در شروها بهویژه فعال بود. تغییرات در نفوذپذیری سد خونی-مغزی میتواند به مغز اجازه دهد تا سیگنالهای تغذیهای را بهتر حس کند و توزیع مجدد مواد مغذی را در طول تغییرات حجمی تسهیل کند؛ این امر میتواند نقش محوری در تنظیم هموستازی انرژی و حمایت از بافتهای عصبی در شرایط کمبود داشته باشد. علاوه بر این، VEGFA میتواند در پاسخ به شرایط هیپوکسی موضعی یا تغییرات متابولیک زمستانه در مغز وارد عمل شود.
- ژنهای درگیر در مسیرهای تعمیر DNA و فاکتورهای مرتبط با طول عمر نیز در دادهها غنیشده دیده شدند، که به مکانیزمهای حفاظتی اشاره دارد که از آسیب طولانیمدت در طول انقباضهای فصلی جلوگیری میکنند. حضور ژنهای مربوط به تعمیر DNA، بازسازی کروماتین و مسیرهای آنتیاکسیدانی نشان میدهد که تکرار چرخهٔ کوچکشدن و بازسازی مغز نیازمند یک زیرساخت مولکولی قوی برای حفظ انسجام ژنومی و عملکرد سلولی است.
ژنهای تنظیمکننده آب نیز دخیل بودند، که یافتهٔ ۲۰۲۵ مبنی بر اینکه بخش بزرگی از کاهش حجم مغز از دست دادن آب قابل بازگشت است—نه مرگ دائم نورونها—را تقویت میکند. مکانیزمهای تنظیم آب و یون، از جمله کانالها و ترسپورتورهای آبی-یونیک، میتوانند نقش مهمی در تغییر حجم بافت مغزی ایفا کنند و نشان میدهند که تغییرات فیزیولوژیک موقت در تعادل مایعات سلولی/بینسلولی نقش محوری در پدیده دهنل دارد.
در سال ۲۰۲۵، پژوهشگران دریافتند که کوچکشدن فصلی مغز شرو عمدتاً ناشی از از دست رفتن آب است، و با این حال سلولهای مغزی زنده میمانند.
پیامدها برای سلامت انسان و جهتگیریهای تحقیقاتی آینده
کشف یک برنامه ژنتیکی هماهنگ که اجازه میدهد کوچکشدن مغز به صورت بازگشتپذیر بدون نورودژنراسیون رخ دهد، افقهای تازهای را برای پزشکی انسانی باز میکند. با این حال، دانشمندان بر احتیاط تأکید میکنند: پستاندارانی که پدیده دهنل را نشان میدهند دارای زیستشناسی و اکولوژی ویژهای هستند که بهسادگی قابل تعمیم به انسان نیستند. با این حال، غنای ژنهایی که در تعمیر DNA، هموستازی انرژی، و تنظیم سد خونی-مغزی دخیلاند، نشانگرهای بالقوه زیستی (بیومارکر) یا اهداف درمانی برای شرایطی هستند که با از دست دادن نورون یا استرس متابولیک همراهاند، مانند بیماریهای نورودژنراتیو.
آروورا رویز-هررا، زیستشناس سلولی در دانشگاه خودمختار بارسلونا، اشاره میکند که ژنهایی که کنترل تعادل انرژی و عملکرد سد خونی-مغزی را بر عهده دارند «نشانگرها و اهداف درمانی بالقوهای برای بیماریهای نورودژنراتیو ارائه میدهند»، اما یادآوری میکند که تبدیل این بینشها به درمانهای انسانی نیازمند اعتبارسنجی دقیق، مطالعات بینگونهای و آزمونهای پیشبالینی گسترده است. علاوه بر این، عوامل محیطی، الگوهای رفتاری و تفاوتهای تطبیقی در فیزیولوژی میتوانند مرزهایی برای انتقال مستقیم مکانیسمها ایجاد کنند.
ترکیب توالییابی ژنوم کامل با دادههای بیان فصلی باعث شده پژوهشگران از توصیف به سوی کشف مکانیسم حرکت کنند—آنها سیستمی بسیار دقیق را آشکار ساختهاند که به شرؤ معمولی اجازه میدهد در طول فصلها بافت مغزی را بدون آسیب ماندگار کوچک و دوباره بازسازی کند. این کار خطوط تحقیقاتی جدیدی باز میکند: چگونه مغزها تغییرات فیزیولوژیک شدید را تحمل میکنند؟ آیا میتوان برخی از مولفههای این تحمل را برای منافع پزشکی انسانی اقتباس یا هدفگیری کرد؟ پاسخ دادن به این پرسشها نیازمند مطالعات توصیفی، تجربی و تطبیقی در سطوح مولکولی، سلولی و رفتاری خواهد بود.
در سطح عملی، یافتهها میتوانند به توسعه نشانگرهای زیستی جدید برای تشخیص زودهنگام آسیب عصبی یا بهینهسازی استراتژیهای محافظتی در شرایط استرس متابولیک کمک کنند. پژوهشهای آتی ممکن است بر روی مدلسازی مسیرهای ژنی محافظتی، ارزیابی نقش VEGFA و عوامل تنظیمکننده سد خونی-مغزی، و بررسی ارتباط میان تنظیم آب-یون و پایداری نورونها تمرکز کنند. همچنین، آزمایش سازوکارهای مشابه در مدلهای حیوانی معمول و مطالعات سلولی انسانی میتواند تعیین کند کدام عناصر از پاسخ شروها در زمینهٔ انسان عملی و قابل بهرهبرداری هستند.
منبع: sciencealert
نظرات
پمپزون
هیجانزنندهست اما یکم اغراقآمیز نشون داده شده برا کاربرد انسان؛ مطالعات بینگونهای و پیشبالینی لازمه...
آرمین
تو آزمایشگاهم تنظیم آب سلولی رو دیدم، ولی اینکه برگشتپذیر باشه واقعا شگفتانگیزه. اگه مدلسازی کنن خیلی کمک میکنه
بیوانیکس
تحلیل ژنومی همراه با بیان فصلی دید خوبی میده. هنوز تا کاربرد بالینی راه هست، ولی ایدهها ارزش پیگیری دارن.
توربوک
این روایات رو چطور میشه به انسان نسبت داد؟ بعیده مستقیم ولی VEGFA جالبه، دادهها فصلمحور قوی هستن؟
رودیکس
واه، یعنی شروها مغزشون حدود ۳۰٪ کوچیک میشه؟ انگار صحنهای از فیلم علمی تخیلی ولی واقعی... چطور بدون آسیب نگهش میدارن واقعا؟
ارسال نظر