.png)
تحتوي الحيوانات، من الديدان والإسفنج إلى قنديل البحر والحيتان، على ما يتراوح بين بضعة آلاف وعشرات التريليونات من الخلايا شبه المتطابقة وراثيًا. وحسب الكائن الحي، تُرتّب هذه الخلايا نفسها في مجموعة متنوعة من الأنسجة والأعضاء، مثل الأمعاء والعضلات والجهاز الحسي. وبينما لا تمتلك جميع الحيوانات كل هذه الأنسجة، إلا أن لديها جميعًا نسيجًا واحدًا، وهو الخلايا الجرثومية، الذي يُنتج الحيوانات المنوية أو البويضات لتكاثر النوع.
لا يفهم العلماء تمامًا كيف تطور هذا النوع من التعدد الخلوي في الحيوانات. من المؤكد أن الالتصاق الخلوي، أو قدرة الخلايا الفردية على الالتصاق ببعضها البعض، يلعب دورًا، لكن العلماء يعلمون بالفعل أن البروتينات التي تؤدي هذه الوظائف تطورت في الكائنات وحيدة الخلية، قبل ظهور الحياة الحيوانية بوقت طويل.
الآن، يقدم بحث من جامعة شيكاغو رؤية جديدة للابتكارات الرئيسية التي سمحت بظهور الحيوانات الحديثة متعددة الخلايا. من خلال تحليل البروتينات المتوقعة من جينومات العديد من الحيوانات (والحيوانات القريبة من مملكة الحيوان)، وجد الباحثون أن الحيوانات طورت آلية أكثر تطورًا لانقسام الخلايا، والتي تساهم أيضًا في تطوير الأنسجة متعددة الخلايا والخط الجنسي.
نُشرت الدراسة، المعنونة "دور رئيسي للسبندلين المركزي وEct2 في تطور التعدد الخلوي وظهور الكائنات متعددة الخلايا"، في مجلة "كارنت بيولوجي".
يقول مايكل غلوتزر، الحاصل على درجة الدكتوراه، أستاذ علم الوراثة الجزيئية وبيولوجيا الخلية في جامعة شيكاغو ومؤلف الدراسة الجديدة: "يشير هذا العمل بقوة إلى أن إحدى الخطوات الأولى في تطور الحيوانات كانت تكوين الخلايا الجرثومية من خلال قدرة الخلايا على البقاء متصلة من خلال انقسام خلوي غير مكتمل".
وأضاف: "لقد سمح تطور هذه البروتينات الثلاثة بتعدد الخلايا والقدرة على تكوين الخلايا الجرثومية: وهما سمتان رئيسيتان للحيوانات".
تحديد موقع خط الانقسام
انقسام الخلايا، أو انقسام السيتوبلازم، هو العملية التي تنقسم بها الخلية إلى خليتين ابنتين منفصلتين. العديد من البروتينات المشاركة في انقسام السيتوبلازم قديمة، وموجودة قبل ظهور أول مجموعة من الحيوانات متعددة الخلايا (الحيوانات متعددة الخلايا) منذ حوالي 800 مليون سنة.
يدرس غلوتزر انقسام الخلايا الحيوانية منذ عدة عقود، مركّزًا على كيفية تحديد الخلايا لمكان انقسامها. في الخلايا الحيوانية، يفصل هيكل يُسمى المغزل الانقسامي الكروموسومات قبل انقسام الخلايا؛ كما يُحدد موقع انقسام الخلايا.
ركز غلوتزر وفريقه على مجموعة من ثلاثة بروتينات - Kif23 وCyk4 وEct2 - ترتبط ببعضها البعض وبالمغزل، وتساهم بشكل مباشر في تحديد مستوى الانقسام. لم تُعثر سابقًا على أقارب قريبة لهذه البروتينات إلا في الحيوانات.
يشكل اثنان من هذه البروتينات، Kif23 وCyk4، مركبًا بروتينيًا مستقرًا يُسمى المغزل المركزي، اكتشفه غلوتزر وزملاؤه منذ أكثر من 20 عامًا. لا يساهم السبيندلين المركزي في تحديد موقع مستوى الانقسام فحسب، بل يُنشئ أيضًا جسرًا بين الخليتين الابنيتين الناشئتين.
تُسمى الخلايا التي تُكوّن الأنسجة والأعضاء غير الجرثومية بالخلايا الجسدية، وهي لا تنتقل إلى الجيل التالي. تتميز الخلايا الجرثومية بقدرتها على التحوّل إلى أي نوع من الخلايا
أثناء نمو الحيوانات المنوية والبويضات، تُعيد هذه الخلايا أيضًا تجميع الكروموسومات التي ورثتها من آبائها، مما يُولّد تنوعًا وراثيًا. في حين أن الجسور المعتمدة على السبيندلين المركزي تنقطع عادةً في الخلايا الجسدية، إلا أن الخلايا الجرثومية في معظم الحيوانات تحتوي على خلايا تبقى متصلة بجسور مستقرة.
تتبع البروتينات
نظرًا للطفرة الحديثة في بيانات تسلسل الجينوم المتاحة الآن لمجموعة واسعة من الحيوانات، أراد غلوتزر أولًا تحديد ما إذا كان البروتينان اللذان يُشكلان مُركب السبيندلين المركزي، بالإضافة إلى بروتين Ect2، وهو البروتين التنظيمي الذي يرتبط به، موجودين ومحفوظين جيدًا في جميع الحيوانات. خلال تحليله لهذه الدراسة، وجد أن جميع فروع الحيوانات تحتوي على هذه البروتينات الثلاثة.
كشفت دراسات هذه البروتينات في الأنواع الشائعة الاستخدام في المختبر عن أنماط تسلسل محفوظة مرتبطة بوظائفها المعروفة. باستخدام منصة الذكاء الاصطناعي AlphaFold من Google DeepMind (التي طورها جون جامبر، خريج جامعة شيكاغو والحائز مؤخرًا على جائزة نوبل)، تمكن من التنبؤ بالتفاعلات بين هذه البروتينات المختلفة، ووجد أن كل تفاعل يُحتمل أن يكون محفوظًا في جميع الحيوانات.
يشير هذا إلى أن هذه البروتينات كانت موجودة جميعها في بداية مملكة الحيوان منذ أكثر من 800 مليون سنة، ولم تطرأ عليها أي تغييرات جذرية منذ ذلك الحين.
بعد ذلك، تساءل غلوتزر عما إذا كان من الممكن العثور على أي بروتينات ذات صلة في الكائنات وحيدة الخلية. وحدد بروتينات ذات صلة إلى حد ما في السوطيات الطوقية، وهي مجموعة الكائنات وحيدة الخلية الأقرب إلى الحيوانات. وتوقع ألفافولد أن بعضها يمكن أن يشكل معقدًا يشبه إلى حد ما السبيندلين المركزي.
ورغم ارتباط هذه المعقدات ببعضها، إلا أنها تختلف بوضوح عن السبيندلين المركزي، وتفتقر إلى التسلسلات التي تسمح لبروتين Ect2 بالارتباط بالهيكل. ومن اللافت للنظر أن بعض أنواع السوطيات الطوقية التي تمتلك هذا المعقد يمكنها أيضًا تكوين مستعمرات عبر انقسام خلوي غير مكتمل.
وقال غلوتزر: "تمتلك الخلايا ما قبل الطورية آليات للانقسام والانفصال، ربما مع بعض السمات والاختلافات. ثم سمح هذا المعقد البروتيني للخلايا بالتوقف عند المرحلة التي تسبق الانفصال مباشرة". "ربما تطورت الحياة متعددة الخلايا بسبب تغير جيني منع الخلايا من الانفصال الكامل".
وتابع قائلًا: "إن الطفرة التي عطّلت تركيب السبيندلين المركزي هي ما مكّنني وزملائي من اكتشاف هذه البروتينات منذ أكثر من 25 عامًا. ويبدو أن تطور هذه المنطقة نفسها ساهم في تطور الحياة الحيوانية على هذا الكوكب، وهو أمرٌ مذهل".
المصدر