قم بالتسجيل في النشرة الإخبارية للعلوم Wonder Theory على قناة CNN. استكشف الكون بأخبار الاكتشافات الرائعة والتقدم العلمي والمزيد.
يمكن التعرف بسهولة على رؤوس معظم الحيوانات، لكن العلماء لم يتمكنوا من قول الشيء نفسه بالنسبة لنجوم البحر حتى الآن.
يمتلك نجم البحر خمسة أذرع متطابقة مع طبقة من “الأقدام الأنبوبية” تحتها، والتي يمكن أن تساعد المخلوق البحري على التحرك على طول قاع البحر، مما دفع علماء الطبيعة إلى التساؤل حول ما إذا كانت نجوم البحر لها نهايات أمامية وخلفية محددة، وما إذا كان لها رؤوس على الإطلاق.
لكن الأبحاث الجينية الجديدة تشير إلى عكس ذلك، حيث إن نجوم البحر هي إلى حد كبير رؤوس تفتقر إلى الجذع أو الذيل، ومن المحتمل أنها فقدت تلك الميزات تطوريًا مع مرور الوقت.
وقال الباحثون إن الحفريات الغريبة لأسلاف نجوم البحر، والتي يبدو أن لها جذعًا، تبدو أكثر منطقية من الناحية التطورية في ضوء النتائج الجديدة.
ونشرت النتائج يوم الاربعاء في مجلة الطبيعة.
وقال لوران فورميري، مؤلف الدراسة الرئيسي، وباحث ما بعد الدكتوراه في جامعة ستانفورد وجامعة كاليفورنيا، بيركلي، في بيان: “يبدو الأمر كما لو أن نجم البحر يفتقد جذعًا تمامًا، وأفضل وصف له هو أنه مجرد رأس يزحف على طول قاع البحر”. . “هذا ليس على الإطلاق ما افترضه العلماء بشأن هذه الحيوانات.”
يمكن أن تساعد هذه الاكتشافات، التي أصبحت ممكنة بفضل الأساليب الجديدة للتسلسل الجيني، في الإجابة على بعض أكبر الأسئلة المتبقية حول شوكيات الجلد، بما في ذلك أسلافها المشتركة مع البشر والحيوانات الأخرى التي لا تشبهها على الإطلاق.
خطة الجسم فريدة من نوعها
ينتمي نجم البحر إلى مجموعة تسمى شوكيات الجلد، والتي تشمل قنافذ البحر، دولار الرمل وخيار البحر. تمتلك الحيوانات غير العادية مخططات جسمية فريدة مرتبة في خمسة أقسام متساوية تختلف بشكل كبير عن الأجسام المتماثلة من الرأس إلى الذيل للحيوانات الثنائية، والتي يعكس الجانب الأيسر والأيمن بعضها البعض.
تبدأ نجوم البحر كبيض مخصب يفقس ويتحول إلى يرقات تطفو في المحيط، مثل العوالق، لمدة أسابيع إلى أشهر قبل أن تستقر في قاع المحيط. هناك، يخضعون لعملية تحويل الجسم الثنائي إلى شكل نجمة، أو جسم خماسي.
وقال كريستوفر لوي، أحد كبار مؤلفي الدراسة، وعالم الأحياء البحرية والتنموية في جامعة ستانفورد، في بيان: “لقد كان هذا لغزا في علم الحيوان لعدة قرون”. “كيف يمكنك الانتقال من خطة الجسم الثنائية إلى خطة الجسم الخماسي، وكيف يمكنك مقارنة أي جزء من نجم البحر بخطة الجسم الخاصة بنا؟”
تنبع خطة الجسم الثنائية لدى معظم الحيوانات من أفعال وراثية على المستوى الجزيئي يمكن تتبعها في مناطق الرأس والجذع أو الجسم الرئيسي، ولهذا السبب تشترك الفقاريات، مثل البشر، والعديد من اللافقاريات، بما في ذلك الحشرات، في برمجة وراثية مماثلة. حصل هذا الاكتشاف على جائزة نوبل في الفسيولوجيا أو الطب عام 1995.
لكن شوكيات الجلد تشترك أيضًا في سلف مشترك مع الحيوانات الثنائية، مما يزيد من اللغز الذي يحاول الباحثون حله.
وقال الدكتور جيف طومسون، المؤلف المشارك في الدراسة، والمحاضر في جامعة كاليفورنيا: “إن كيفية ارتباط أجزاء الجسم المختلفة من شوكيات الجلد بتلك التي نراها في مجموعات الحيوانات الأخرى كانت لغزا للعلماء طوال فترة دراستهم”. ساوثهامبتون في بيان “في أقاربهم الثنائيين، ينقسم الجسم إلى رأس وجذع وذيل. لكن بمجرد النظر إلى نجم البحر، من المستحيل رؤية كيفية ارتباط هذه الأجزاء بأجسام الحيوانات الثنائية الجانب.
كسر كود شوكيات الجلد
استخدم الباحثون الذين قاموا بهذه الدراسة الجديدة التصوير المقطعي المحوسب الدقيق لالتقاط نظرة ثلاثية الأبعاد غير مسبوقة على شكل وبنية نجوم البحر.
بعد ذلك، استخدم أعضاء الفريق تقنيات تحليلية متقدمة لتحديد مكان التعبير عن الجينات داخل الأنسجة وتحديد تسلسلات محددة من الحمض النووي الريبي (RNA) داخل الخلايا. يحدث التعبير الجيني عندما تصبح المعلومات الموجودة داخل الجين فعالة.
تعمل العلامات الجزيئية المحددة مثل مخططات مخططات الجسم، حيث توجه كل خلية إلى منطقة الجسم التي تنتمي إليها.
وقال لوي: “إذا قمت بتجريد جلد حيوان ونظرت إلى الجينات المشاركة في تحديد الرأس من الذيل، فإن نفس الجينات ترمز لمناطق الجسم هذه في جميع مجموعات الحيوانات”. “لذلك تجاهلنا التشريح وسألنا: هل هناك محور جزيئي مخفي تحت كل هذا التشريح الغريب وما هو دوره في تشكيل نجم البحر لجسم خماسي الشعاع؟”
معًا، أنشأت البيانات خريطة ثلاثية الأبعاد لتحديد مكان التعبير عن الجينات مع تطور ونمو نجوم البحر. وتمكن الفريق من تحديد الجينات التي تتحكم في تطور الأديم الظاهر لنجم البحر، والذي يشمل جلده وجهازه العصبي.
تم الكشف عن التوقيعات الجينية المرتبطة بتطور الرأس في جميع أنحاء نجوم البحر، وخاصة تتركز في مركز النجم ومركز كل طرف. لكن التعبير الجيني لأجزاء الجذع والذيل كان غائبًا إلى حد كبير، مما يكشف أن نجوم البحر “لديها المثال الأكثر دراماتيكية لفصل مناطق الرأس والجذع التي نعرفها اليوم”، كما قال فورميري، وهو أيضًا باحث في تشان. Zuckerberg BioHub، وهي منظمة بحثية غير ربحية في سان فرانسيسكو.
تم تمويل البحث من قبل Chan Zuckerberg BioHub، الذي شارك في تأسيسه في عام 2021 الدكتور بريسيلا تشان ومارك زوكربيرج، بالإضافة إلى وكالة ناسا والمؤسسة الوطنية للعلوم وصندوق Leverhulme.
وقال طومسون: “عندما قارنا التعبير الجيني في نجم البحر بمجموعات أخرى من الحيوانات، مثل الفقاريات، بدا أن جزءًا مهمًا من خطة الجسم مفقود”. “الجينات التي تشارك عادة في تشكيل جذع الحيوان لم يتم التعبير عنها في الأديم الظاهر. يبدو أن خطة جسم شوكيات الجلد بأكملها تعادل تقريبًا الرأس في مجموعات أخرى من الحيوانات.
من المحتمل أن تكون نجوم البحر وشوكيات الجلد الأخرى قد طورت مخططاتها الجسدية الفريدة بمجرد أن فقد أسلافها منطقة جذعها، مما سمح لها بالتحرك والتغذية بشكل مختلف عن الحيوانات الأخرى.
وقال طومسون: “يخبرنا بحثنا أن خطة جسم شوكيات الجلد تطورت بطريقة أكثر تعقيدًا مما كنا نعتقد سابقًا، ولا يزال هناك الكثير لنتعلمه عن هذه المخلوقات المثيرة للاهتمام”. “كشخص قام بدراسة هذه الحيوانات على مدى السنوات العشر الماضية، غيرت هذه النتائج بشكل جذري طريقة تفكيري في هذه المجموعة من الحيوانات.”
فتح رؤى جديدة
تستهدف الأبحاث الحيوانية إلى حد كبير تلك التي تشترك في أوجه التشابه مع البشر. لكن دراسة مجموعات مثل شوكيات الجلد يمكن أن تحل بعضًا من أكثر الألغاز تعقيدًا حول تطور الحياة على الأرض.
“لا تمتلك معظم الحيوانات أجهزة عصبية مذهلة، وهي تطارد فرائسها في الخارج، فهي حيوانات متواضعة تعيش في جحور في المحيط. وقال لوي: “لا ينجذب الناس عمومًا إلى هذه الحيوانات، ومع ذلك فهي على الأرجح تمثل مقدار الحياة التي بدأت”.
إن فهم كيفية تطور الحيوانات مثل نجوم البحر يمكن أن يسمح أيضًا بإلقاء نظرة ثاقبة على الطرق المتنوعة التي تحافظ بها الأنواع المختلفة على صحتها.
وقال المؤلف المشارك في الدراسة دانييل روخسار، أستاذ علم الوراثة وعلم الجينوم والتطور والتنمية في جامعة كاليفورنيا، بيركلي، والباحث في Chan Zuckerberg BioHub، في بيان: “من المؤكد أنه من الصعب العمل على الكائنات الحية التي لا تخضع للدراسة بشكل متكرر”.
“ولكن إذا اغتنمنا الفرصة لاستكشاف حيوانات غير عادية تعمل بطرق غير عادية، فهذا يعني أننا نقوم بتوسيع منظورنا لعلم الأحياء، وهو ما سيساعدنا في نهاية المطاف على حل المشاكل البيئية والطبية الحيوية.”
لمزيد من الأخبار والنشرات الإخبارية لـ CNN، قم بإنشاء حساب على CNN.com