رنگ خون موجودات زنده؛ رمزگشایی از خون آبی، سبز، بنفش و سفید در دنیای طبیعت

زمانی که انگشتان‌مان بریده می‌شود یا دچار خون‌دماغ می‌شویم، همواره مایعی با انواع مختلفی از رنگ قرمز را مشاهده می‌کنیم. همین تجربه‌ی ملموس ما را به اشتباه می‌اندازد که فکر کنیم خون همه‌ی موجودات زنده نیز قرمز است؛ اما طبیعت پر از شگفتی‌های غیرمعمول است. از اختاپوس‌هایی با خون آبی تا مارمولک‌هایی با خون سبز و حتی ماهی‌هایی که بدون هیچ گلبول قرمز زندگی می‌کنند، تنوع رنگ خون در دنیای جانوران بسیار بیشتر از آن چیزی است که تصور می‌شود.

به نوشته‌ی مجله‌ی اسمیتسونین، رنگ خون در جانوران به شدت به مولکول‌هایی که مسئول حمل اکسیژن در بدن هستند بستگی دارد. در حالی که انسان و غالب مهره‌داران از هموگلوبین برای این منظور استفاده می‌کنند، برخی از بی‌مهرگان به پروتئین‌های دیگری متکی هستند که خون را رنگ‌های مختلفی می‌بخشند.

رنگ قرمز خون در انسان به واسطه‌ی هموگلوبین است؛ پروتئینی که دارای آهن بوده و در گلبول‌های قرمز وجود دارد و وظیفه‌ی اصلی‌اش حمل اکسیژن است. زمانی که اکسیژن به آهن در هموگلوبین متصل می‌شود، رنگ خون به قرمز روشن تغییر می‌کند. اما وقتی میزان اکسیژن کاهش یابد، رنگ خون تیره‌تر شده و به قرمز مایل به قهوه‌ای می‌رسد.

اما تمام جانوران برای انتقال اکسیژن از هموگلوبین استفاده نمی‌کنند. اختاپوس‌ها، ماهی‌های مرکب و سخت‌پوستانی مانند خرچنگ‌ها و میگوها از نوعی پروتئین به نام هموسیانین بهره‌مندند. تفاوت اصلی هموسیانین با هموگلوبین در نوع فلز به کار رفته در ساختار آن‌ها است. هموگلوبین حاوی آهن است، در حالی که هموسیانین شامل مس می‌باشد و زمانی که اکسیژن به آن متصل می‌شود، خون رنگ آبی پیدا می‌کند.

در برخی دیگر از بی‌مهرگان دریایی، رنگ خون به بنفش تغییر می‌کند. موجودات صدف‌مانند و کرم‌های بادام‌زمینی در بستر دریا از پروتئینی به نام همریترین برای انتقال اکسیژن استفاده می‌کنند. این پروتئین برخلاف هموسیانین آهن دارد، اما ساختار خاص آن سبب می‌شود در حالت غنی از اکسیژن، رنگ بنفش پیدا کند.

شاید تصور خون سبز بیشتر یادآور موجودات فضایی در فیلم‌های علمی‌تخیلی باشد؛ اما تعدادی از گونه‌های مارمولک در گینه‌ی نو واقعاً چنین خونی دارند. نکته‌ی جالب این است که این مارمولک‌ها نیز برای انتقال اکسیژن به هموگلوبین وابسته هستند. تفاوت اصلی در روش تجزیه‌ی هموگلوبین و دفع مواد حاصل از آن است.

هنگامی که هموگلوبین تجزیه می‌شود، ماده‌ای سبز به نام بیلی‌وردین تولید می‌گردد که در بدن انسان نیز وجود دارد و افزایش غلظت آن می‌تواند موجب تغییر رنگ بافت‌ها شود. به عنوان مثال، بیلی‌وردین یکی از ترکیباتی است که در تغییر رنگ کبودی‌ها دیده می‌شود.

در بدن مهره‌داران بیشتر، بیلی‌وردین به سرعت به ترکیبات دیگر تبدیل می‌شود؛ اما مارمولک‌های گینه‌ی نو مقدار زیادی از آن را در خون و بافت‌های خود انباشته می‌کنند. غلظت این رنگ‌دانه در بدن آن‌ها به حدی زیاد می‌شود که رنگ سبز آن بر قرمزی هموگلوبین غلبه می‌کند. در نتیجه، خون جانور به سبز تبدیل می‌شود.

یکی از توضیحات ممکن تجمع عنصر وانادیوم در خون این جانوران است. همچنین برخی دانشمندان به رژیم غذایی آن‌ها اشاره می‌کنند؛ آب‌دزدک‌های دریایی از فیتوپلانکتون‌ها تغذیه می‌کنند و در فرآیند متابولیسم این مواد، رنگ‌دانه‌هایی به نام کاروتنوئید تولید می‌شود که می‌توانند رنگ زرد، نارنجی یا قرمز داشته باشند.

شاید عجیب‌ترین نمونه‌ی خون در دنیای مهره‌داران به گروهی از ماهی‌های ساکن آب‌های یخ‌زده‌ی جنوبگان تعلق دارد. یخ‌ماهی‌های خانواده‌ی Channichthyidae تنها مهره‌داران شناخته‌شده‌ای هستند که نه گلبول قرمز دارند و نه هموگلوبین تولید می‌کنند. خون این ماهی‌ها تقریباً بی‌رنگ و نیمه‌شفاف است و ظاهری سفید و شیری دارد. جان پاستلث‌ویت، متخصص ژنتیک تکوینی دانشگاه اورگن، ظاهر این ماهی‌ها را شبیه موجودات روح‌مانند توصیف می‌کند.

اما سوال مهم‌تری وجود دارد: چگونه جانوری بدون گلبول قرمز و هموگلوبین زنده می‌ماند؟

در بدن انسان، هموگلوبین اکسیژن موردنیاز بافت‌ها را منتقل می‌کند. اما یخ‌ماهی‌ها به اکسیژنی متکی هستند که به طور مستقیم در پلاسمای خون حل می‌شود.

چند ویژگی به بقا این ماهی‌ها کمک می‌کند: آب‌های سرد جنوبگان مقدار زیادی اکسیژن محلول دارند. همچنین یخ‌ماهی‌ها در مقایسه با دیگر ماهی‌های این منطقه‌، قلب بزرگ‌تر و شبکه‌ی مویرگی گسترده‌تری دارند و می‌توانند خون بیشتری را در بدن به گردش درآورند.

روش شکار آن‌ها نیز با ساختار این دستگاه گردش خون سازگار است. یخ‌ماهی‌ها به‌جای تعقیب سریع طعمه، معمولاً در کمین می‌مانند و انرژی کمتری صرف می‌کنند؛ بنابراین نیازشان به اکسیژن نیز کاهش می‌یابد.

با وجود تمام این سازگاری‌ها، دانشمندان هنوز نمی‌دانند چرا اجداد یخ‌ماهی‌ها در طی فرایند تکامل توانایی تولید هموگلوبین را از دست داده‌اند.

پاستلث‌ویت و همکارانش در یک مطالعه ژنتیک، ژنوم چندین گونه‌ی ماهی را بررسی کردند تا دلیل حذف ژن‌های مرتبط با تولید هموگلوبین را شناسایی کنند. هنوز مشخص نیست که آیا این ماهی‌ها ابتدا گلبول‌های قرمز خود را از دست داده‌اند یا توانایی تولید هموگلوبین را. یکی از فرضیه‌های پژوهشگران این است که افزایش میزان اکسیژن در آب‌های سرد اقیانوس جنوبی، وابستگی این ماهی‌ها به هموگلوبین را کاهش داده و بدین ترتیب زمینه‌ساز از بین رفتن آن شده است.

تفاوت‌های موجود در خون جانوران تنها به رنگ آن محدود نمی‌شود. حتی در گونه‌هایی که خون قرمز دارند، هموگلوبین می‌تواند به شکلی قابل توجه بسته به شرایط محیطی تغییر کند.

موش گوزنی یکی از این گونه‌هاست. این موش کوچک می‌تواند در ارتفاعی نزدیک به ۴٬۳۰۰ متر از سطح دریا زندگی کند. در این ارتفاع، بسیاری از انسان‌ها علائم ارتفاع‌زدگی را تجربه می‌کنند.

راز موفقیت موش گوزنی تا حدی در هموگلوبین خونش نهفته است. هموگلوبین این جانور در طول فرایند تکامل تغییر کرده است و می‌تواند با قدرت بیشتری به اکسیژن متصل شود. تغییرات مشابه در هموگلوبین مرغ‌های مگس‌ آند و برخی قورباغه‌های ساکن ارتفاعات نیز مشاهده شده است.

برای جبران این محدودیت، این جانور سازگاری‌های دیگری نیز ایجاد کرده است؛ از جمله افزایش تعداد میتوکندری در رشته‌های عضلانی که به استفاده‌ی مؤثرتر از اکسیژن کمک می‌کنند.

مطالعه‌ی خون جانوران تنها برای شناخت تنوع زیستی حائز اهمیت نیست. پژوهشگران بر این باورند که برخی از سازگاری‌های تکاملی می‌توانند سرنخ‌هایی برای درمان بیماری‌های انسانی ارائه دهند.

به عنوان مثال، بررسی هموگلوبین موش‌های گوزنی ساکن ارتفاعات ممکن است به توسعه‌ی روش‌هایی برای مقابله با کمبود اکسیژن در بدن کمک کند. چیورون بر این باور است که چنین پژوهش‌هایی می‌توانند در درمان بیماری‌هایی مانند بیماری مزمن انسدادی ریه (COPD) مؤثر باشند.

از سویی، یخ‌ماهی‌های جنوبگان که بدون گلبول قرمز و هموگلوبین زندگی می‌کنند، نمونه‌ای کاملاً متفاوت از سازگاری دستگاه گردش خون را نشان می‌دهند.

با توجه به اینکه نزدیک به دو میلیارد نفر در دنیا دچار کم‌خونی هستند، دانشمندان امیدوارند با شناخت دقیق‌تر مبانی فیزیولوژیکی این ماهی‌ها، به یافتن راهکارهای درمانی جدید بپردازند؛ هرچند چنین کاربردهایی فعلاً همچنان در مرحله‌ی فرضیه و تحقیق هستند.

پاستلث‌ویت درباره‌ی توانایی غیرمعمول یخ‌ماهی‌ها برای زنده ماندن بدون هموگلوبین می‌گوید: «به وضوح پیداست که یخ‌ماهی‌ها راه خود را یافته‌اند.»

تنوع رنگ و ترکیب خون در زیستمندان نشان می‌دهد که فرایند تکامل راه‌حل‌های بسیار متنوعی برای حل مسئله‌ای مشترک، یعنی ارسال اکسیژن به سلول‌ها، یافته است. از پروتئین‌های مسی در اختاپوس‌ها تا خون تقریباً شفاف یخ‌ماهی‌ها، هر یک از این سازگاری‌ها فصل‌هایی از تاریخ تکاملی حیات را بر روی زمین فاش می‌کنند.