زبان انسانها به انگشتان خود مدیون ژنی است که نخستین بار در ماهیها نمایان شد
این مولکولهای سیگنال ایجادکننده، با اتصال به DNA در نقاط معین، به شکل کلیدهایی عمل میکنند که قفلهای ژنتیکی را باز کرده و منجر به فعالسازی ژنها میشوند. برای فعال کردن بسیاری از ژنها، ضروری است که چندین کلید بهطور همزمان برای باز کردن قفلها به کار گرفته شوند.
محققان تعدادی از این قفلهای ژنتیکی را شناسایی کردهاند که به جنینهای انسانی و دیگر موجودات زنده اجازه میدهند تا اعضای حرکتی را توسعه دهند. در سال ۲۰۱۱، دنیس دوبول، زیستشناس دانشگاه ژنو و تیم او شش قفل مولکولی را در ناحیهای از DNA که به 5DOM معروف است، کشف کردند. حذف 5DOM از DNA جنین موشها باعث شد تا آنها پا داشته باشند، اما انگشتان پا در این پروسه رشد نکردند.
دکتر دوبول و همکارانش در پی یافتن چگونگی تکامل این مجموعه اساسی از قفلها بودند. آیا این قفلها زمانی که اجداد ما به سواحل آمدند و اندامهای حرکتی را تکامل دادند، به وجود آمدند یا پیش از آن، در اجداد آبزیشان وجود داشتهاند؟
کریستوفر بولت، یکی از دانشجویان دکتری آزمایشگاه دوبول، به بررسی ژنوم گورخرماهی پرداخت و دریافت که این گونه نیز قفل 5DOM را داراست. با توجه به اینکه گورخرماهی و پستانداران بیش از ۴۰۰ میلیون سال پیش دارای یک جد مشترک هستند، این یافته نشان میدهد که 5DOM از زمان اجداد اولیه وجود داشته و احتمالاً در جنینهای ماهیها نیز نقش ایفا میکند.
هینترمان با بهرهگیری از تکنیک کریسپر، 5DOM را از جنینهای گورخرماهی حذف کرد. بر خلاف انتظار، از دست دادن آن تأثیر ملموسی بر رشد بالهها نداشت، اما اختلالی در ناحیهای به نام کلواک ایجاد کرد که در آن مقعد و زمان خروج ادرار و اندامهای جنسی واقع شدهاند. این نتایج باعث شد که پژوهشگران به بررسی همان ناحیه در جنینهای موش بپردازند و به یافته دومی دست یابند: 5DOM در پستانداران نیز قادر به فعالسازی ژنهای مرتبط با همان ناحیه است.
بیشتر بخوانید
سری این آزمایشها یک فرضیه جدید درباره تکامل انگشتان دست و پا ارائه کرد. داستان از نیم میلیارد سال پیش آغاز میشود، با ماهیهایی که از بدنی با تنها یک سر متصل به یک بدنه نازک شکل برخوردار بودند. آنها قادر به خوردن، هضم و دفع فضولات از طریق مقعد بودند و همچنین یک منفذ برای تولید مثل و دفع ادرار داشتند.
جنین این ماهیهای اولیه، ژنهای متفاوتی را فعال میکردند که مسئول ساخت بخشهای مختلف بدن بودند. در انتهای بدن، 5DOM ژنهای مربوط به مقعد و منافذ ادرار و تولید مثل را فعال میکرد. این دستور کار ژنتیکی در طول نیم میلیارد سال تغییر چندانی نکرده و هنوز هم در گورخرماهی، موش و انسان همان وظیفه را انجام میدهد.
اما حدود ۳۶۰ میلیون سال پیش، 5DOM تغییر تکاملی جدیدی را تجربه کرد: به جز کلواک، توانست به ساخت انگشتان دست و پا نیز بپردازد. برنت هاوکینز، زیستشناس تکاملی از دانشگاه هاروارد، این فرآیند را همچون برقراری دوباره ترانههای قدیمی توسط هنرمندان جدید توصیف میکند: «مثل زمانی است که جیزی از یک آهنگ قدیمی الهام میگیرد و آن را با سبک و شیوه خاص خود بازآفرینی میکند.»
دستها و اندامهای تحتانی ممکن است در ظاهر بیارتباط به نظر برسند، اما یک شباهت کلیدی دارند: هر دو در انتهای بدن قرار دارند. در ماهیهای اولیه، 5DOM ژنهایی را فعال میکرد که آناتومی بخش انتهایی بدن را تعیین مینمودند؛ در اندامهای در حال رشد، انگشتان نیز در انتها به وجود میآیند.
نیل شوبین، زیستشناس تکاملی از دانشگاه شیکاگو و یکی از نویسندگان این پژوهش، میگوید هنوز جزئیات دقیق تغییرات تکاملی که این نقش جدید را به 5DOM منتقل کردهاند، مشخص نیست: «این یافته ما را شگفتزده کرد. به مطالعه بیشتری نیاز داریم تا به درک کاملتری از آنچه در حال رخ دادن است برسیم.»
این تحقیق در نشریه نیچر منتشر شده است.
