8 دقیقه
تصور کنید ماهیای با دیدی چنان تیز که در دریاهای کامبرین با چهار چشم کارکردی دیده است. هرچند عجیب بهنظر میرسد، فسیلهایی که در سواحل دریاچهٔ دیانچی در چین کشف شدهاند چنین احتمالی را مطرح میکنند: برخی از نخستین مهرهداران زمین در آبهای باستانی با دو جفت چشم از نوع دوربینی (camera-type) جهتیابی میکردند — آرایشی چشمی که پژواک تکاملی آن امروز در داخل بدن انسان بهصورت غدهٔ صنوبری (pineal gland) باقی مانده است.
بین سالهای 2019 تا 2024، پییان کونگ و همکارانش از دانشگاه یوننان بقایای بهطور استثنایی حفظشدهٔ ماهیان بدون فکِ اولیه — اعضای گروه Myllokunmingiidae — را در لاگرشتاتهٔ رسوبات نرمِ مشهورِ چنگجیانگ حفاری کردند. این سایتها به این دلیل شناختهشدهاند که حتی بافتهای نرم ظریف، نه صرفا استخوانها، میتوانند در آنها فسیل شوند. زیر میکروسکوپهای الکترونی، تیم لکههایی سرشار از ملانوزوم را در موقعیتهایی یافت که با محل احتمالی دو چشم اصلی و یک جفت چشم کوچکتر مرکزی همراستا میشد. آن لکههای تیره که در برخی نمونهها پیشتر بهعنوان بافتهای بویایی یا بینی رد شده بودند، اکنون متفاوت خوانده میشوند: آنها ویژگیهای میکروساختاری لنزها و رنگدانهٔ شبکیه را نشان میدهند.
«حتی چشمگیرتر حضور نشانههایی از لنز در هر دو جفت چشم جانبی و مرکزی بود،» جیکوب وینتر از دانشگاه بریستول در توضیح شواهد میکروسکوپی گفت. هنگامی که پژوهشگران الگوها و پراکندگی ملانوزومها — اندامکهای حامل رنگدانه که در فسیلسازی دوام میآورند — را دوباره بررسی کردند، توانستند سازوکار بینایی پیشرفتهتری را بازسازی کنند. بهجای یک سر ساده با دو چشم، این مهرهداران اولیه احتمالاً یک استراتژی بصری ترکیبی داشتند: چشمان جانبی بزرگ برای دریافت جزئیات با وضوح بالا و چشمان مرکزی کوچکتر بهینهشده برای تشخیص حرکت و ارزیابی سریع تهدید.
زمینهٔ علمی و روششناسی
این کشفیات در چارچوب «انفجار کامبرین»، حدود 518 میلیون سال پیش، قرار میگیرند؛ دورهای زمینشناختی که در آن طرحهای بدنی و سامانههای حسی بهسرعت متنوع شدند. چشمها در شاخههای مختلف حیات بارها و بارها تکامل یافتهاند: بندپایان چشمهای مرکب متشکل از هزاران اوماتیدیا (ommatidia) را پدید آوردند؛ مهرهداران به چشمهای دوربینی با لنز، شبکیه و عنبیه همگرا شدند. آنچه این فسیلها را متمایز میکند، حفظ ملانوزومها و آناتومی نرم است که نشان میدهد بیش از یک جفت چشم دوربینی در هر طرف جمجمه وجود داشته است.
پژوهشگران از ترکیب میکروسکوپ الکترونی با وضوح بالا (SEM)، نگارش هندسهٔ ملانوزومها و آناتومی تطبیقی با مهرهداران زنده استفاده کردند. آرایش فضایی گرانولهای رنگدانه، همراه با آثار بافتهای نرم اطراف ناحیهٔ اربیتال، با ساختارهایی مطابقت داشت که شناختهشدهاند نقشهای اپتیکی را ایفا میکنند. این شواهد تفسیر موجود را از باقیماندههای اندام بویایی به سوی اندامهای بصری واقعی سوق داد. تیم نتایج خود را در نشریهٔ Nature منتشر کرد و در آن استدلال کردند که جفت چشم مرکزی در طول تکامل مهرهداران بهتدریج نقش تصویرسازی مستقیم خود را از دست داده و به مجموعهٔ صنوبری — یا چشم صنوبری — تبدیل شده است؛ ساختاری که در برخی خزندگان مدرن بهصورت یک اندام حساس به نور دیده میشود و در پستانداران بهصورت غدهٔ صنوبری که ریتمهای شبانهروزی را از طریق ترشح ملاتونین کنترل میکند، باقی مانده است.
روششناسی مطالعه شامل گامهای متعددی بود که هرکدام به تقویت استدلال کمک میکرد: ابتدا نمونهها با دقت آمادهسازی شدند تا آلودگیهای مدرن و مواد جانبی حذف گردد؛ سپس تصویربرداری SEM و در برخی موارد TEM (میکروسکوپ الکترونی عبوری) انجام شد تا شکل و تراکم ملانوزومها اندازهگیری شود. نقشهبرداری هندسی ملانوزومها (از لحاظ اندازه، شکل و جهتگیری) با مجموعه دادههای مرجع از بافتهای تصویری و غیرتصویری مهرهداران زنده مقایسه شد. علاوه بر این، آنالیزهای شیمیایی و طیفسنجی در مواردی بهکار گرفته شد تا مشخص شود آیا ترکیباتی که با ملانوزومها همراه هستند (مانند ملانین) در فسیلها حفظ شدهاند یا خیر؛ این ترکیبشناسی مولکولی به تفکیک بین بافتهای پوست، بویایی و عصبی کمک کرد.
تفکیک بین بافت بویایی و بصری در فسیلهای رسوب نرم مشکل است؛ تافونومی (فرایندهای تغییر پس از مرگ و دفن) میتواند بافتها را فشرده یا جابهجا کند. با این وجود، ترکیب شواهد میکروساختاری لنزها، چینش ملانوزومها در ناحیهٔ مشابهِ اربیت و همراستایی آن با آناتومی اسکلتالی (محل جمجمه و حفرات اربیتال) باعث شد که تفسیر بصری قویتر از تفسیر بویایی بهنظر برسد. این نتیجهگیری نه تنها نحوهٔ تطور چشم را روشن میکند، بلکه ابزارهای جدیدی را برای بازخوانی فسیلهایی ارائه میدهد که پیشتر «بافت نرم نامشخص» خوانده میشدند.
پیامدها برای تکامل مهرهداران
ردیابی یک ساختار حساس به نور از یک ماهی کامبرینی تا غدهٔ صنوبری انسان، بخشی کوچک از تبار حسی ما را بازتعریف میکند: آنچه اکنون یک اندام غددی تنظیمکنندهٔ زمان است، زمانی در شکلگیری دید مستقیم نقش داشته است. این صرفاً یک کنجکاوی تاریخی نیست؛ شناسایی همومولوژیهای پنهان چنین به دیرینهشناسان زیستی کمک میکند تا بفهمند چگونه ویژگیهای پیچیده در طول زمانهای عمیق بازپیکربندی یا «واگذاری کاربری» (exaptation) شدهاند. همچنین پژوهشگران را به بازنگری در فسیلهایی ترغیب میکند که پیشتر بهعنوان بافتهای غیربصری طبقهبندی شدهاند — برخی از آنها ممکن است آناتومی حسی غیرمنتظرهای را پنهان کرده باشند اگر با تصویربرداریهای مدرن و پروکسیهای مولکولی دوباره بررسی شوند.
این مطالعه همچنین بر اهمیت ملانوزومها بهعنوان پنجرهای به زیستشناسی باستانی تاکید میکند. این حاملهای ریز رنگدانه نه تنها رنگ را ثبت میکنند، بلکه زمینهٔ آناتومیکی را نیز ضبط میکنند؛ یعنی میتوانند محل اندامها و نوع بافت را حتی در جایی که استخوانها وجود ندارند بازنمایی کنند. با تصویربرداریهای دقیقتر و آزمونهای شیمیایی-مولکولی، دیرینهشناسان الگوهای رنگدانهای را بهعنوان نقشههای آناتومیکی میخوانند و محل و نوع بافتها را بازیابی میکنند. این رویکرد باعث شده تا بازسازیهای عملکردی مانند توانایی دید در نور کم، حساسیت به حرکت و حتی جهتگیری چشمها نسبت به جمجمه قابل بررسیتر باشد.
نتایج میتواند توضیح دهد چرا برخی خطوط تکاملی غدهٔ صنوبری یا چشم پاریتال را حفظ کرده، در حالی که سایر خطها آن را از دست داده یا به شکلی متفاوت تعدیل کردهاند. در خزندگان و برخی از دوزیستان، چشم صنوبری هنوز نقشی در سنجش نور و تنظیم رفتارهای روزانه و فصلی دارد؛ در پستانداران اما این نقش بیشتر به غدهٔ صنوبری داخلی تبدیل شده است که بهصورت غدهای درونی-ترشحی عمل میکند. فهم اینکه چگونه یک اندام تصویرساز به یک گیرندهٔ نوری سادهتر تبدیل شد، پرسشی است که به تلفیق دادههای فسیلی، زیستشناسی توسعهای و ژنتیک تکاملی نیاز دارد.
دیدگاه کارشناسان
«وقتی که میکروساختار را با استدلالهای بومشناختی ترکیب میکنید، تصویر هماهنگی ساخته میشود،» دکتر میرا آلونزو، دیرینهشناس مهرهداران که با این مطالعه مرتبط نیست، میگوید. «چهار چشم در جهانی پر از شکارچیان کمینکننده و حرکات سریع و آشفته معنا دارد. تکامل آنچه مفید است را نگه میدارد — و سپس آن را در شکلهای جدیدی پنهان میکند هنگامی که محیطها تغییر میکنند.»
سوالهایی که هنوز بیجواب ماندهاند شامل مسیرها و فشارهای انتخابی است که یک اندام تصویرساز را به یک غدهٔ حساس به نور تبدیل کردند. پژوهشهای آتی به بررسی ژنتیک توسعهای در مهرهداران زنده خواهند پرداخت تا همومولوژیها را دقیقتر نقشهبرداری کنند؛ از جمله مطالعهٔ بیان ژنهای مرتبط با توسعهٔ چشم مثل Pax6، Otx، و دیگر فاکتورهای مسئول الگوگذاری اربیتال و بافت شبکیه. افزون بر آن، مطالعات تجربی روی نقش ملانوزومها و ترکیبات مولکولی حفظشده میتواند تاییدهای بیشتری برای تفسیرهای فسیلی فراهم کند.
برای اکنون، این چشمهای فسیلی به ما یادآوری میکنند که آناتومی حیوانات مدرن اثری پایداری و شگفتانگیز از زندگیهایی دارد که نیم میلیارد سال پیش رفتهاند — چشمانی که روزگاری نمایشهای نخستینِ مهرهداران را نظارهگر بودند. مطالعهٔ بیشتر این فسیلها نه تنها به بازنویسی تاریخ حس بینایی کمک میکند، بلکه ابزارها و معیارهای جدیدی برای شناسایی بافتهای حسی در پروندهٔ فسیلی فراهم میآورد، که میتواند دیدگاهی تازه نسبت به تنوع زیستی و سازوکارهای تکاملی ارائه دهد.
علاوه بر اهمیت دیرینهشناسی و تکاملشناسی، این یافتهها پیامدهایی در حوزههای میانرشتهای نیز دارند: از زیستالهامپذیری در طراحی حسگرها و سامانههای تصویربرداری گرفته تا مطالعهٔ پایهای ریتمهای زیستی و پزشکی تطبیقی. بهطور خلاصه، بازخوانی نقشهای اولیهٔ اندامهای حساس به نور ما را به منبعی غنی برای فهم چگونگی تغییر عملکردها در طی زمانهای ژرف میبرد — و نشان میدهد که چگونه اجزای بیولوژیک ممکن است بارها و بارها در مسیر تکامل بازنگری و بازتخصیص شوند.
منبع: smarti
نظرات
آرمین
کمی اغراق داره به نظرم، از چند نمونه نتیجهگیری قوی گرفتن؟ باید نمونههای بیشتری بررسی بشه، با این حال ایدهاش جذابِ.
تریپمایند
جالبه که ساختارها چطور بازتخصیص میشن، از چشم تصویرساز تا غدهٔ زمانبندی; هنوز سوالای زیادی مونده، اما چشمانداز تازهست
بیوانیکس
تو پروژههای ما هم ملانوزوم دیدیم ولی ترکیب SEM و آنالیز شیمیایی اینجا خیلی دقیقتره، به Pax6 و Otx اشارهشون جالب بود.
توربو
مطمئنم اشتباه تفسیر نشده؟ فسیلسازی گولزنندهست، ملانوزوم ممکنه مربوط به پوست باشه نه چشم...
کوینپیل
ایدهاش با منطق تکاملی جور درمیاد، مخصوصا وقتی شواهد مولکولی هم پشتیبان باشن. فقط امیدوارم نتایج بازتولید بشن.
رودایکس
خداییش، چهار چشم؟! 🤯 تصورش برام سخته، اما عکسها و ملانوزومها قانعکنندهان، دلم میخواد جزئیات بیشتری ببینم…
ارسال نظر