لوگوی جشنواره وب و موبایل ایران بیونت

چگونگی تکامل دید رنگی بشر ازنظر مولکولی

چگونگی تکامل دید رنگی بشر ازنظر مولکولی

در طول میلیون‌ها سال گذشته جهش‌های ژنتیکی بسیاری در رنگ‌دانه‌های بینایی انسان پدید آمده‌اند تا دید ابتدایی انسان را که به‌عنوان یک پستاندار به‌صورت تار بوده است، تغییر دهند. این تغییرات ژنتیکی به انسان این توانایی را داد تا بتواند همه رنگ‌های رنگین‌کمان را مشاهده نماید.

با بیونت همراه باشید تا با هم به بررسی این تغییرات ژنتیکی بپردازیم

امروزه پس از گذشت بیش از دو دهه تحقیقات طاقت‌فرسا دانشمندان توانسته‌اند تصویری واضح از نحوه تکامل دید انسان ارائه دهند. به‌تازگی قسمت نهایی این تصویر در PLOS Genetics به چاپ رسیده است: فرایندی که موجب شد دید انسان از شکل دید ماورا بنفش (UV) به‌صورت دید بنفش (توانایی مشاهده رنگ آبی) تغییر کند.

Shozo Yokoyama نویسنده و زیست‌شناس در دانشگاه Emory می‌گوید:

«ما تا به امروز همه مسیرهای تکاملی را که موجب ایجاد دید رنگی در انسان شده‌اند موردبررسی قرار داده‌ایم؛ مسیرهای تکاملی از حدود ۹۰ میلیون سال قبل تابه‌حال. علاوه بر این ما مسیرهای مولکولی فوق را در سطح شیمیایی، ژنتیکی و عملکردی نیز مشخص نموده‌ایم.»

نویسندگانی که درزمینهٔ ارائه این تحقیق در PLOS Genetics به محققان یاری رسانده‌اند زیست‌شناسانی از دانشگاه Emory به نام‌های Jinyi Xing، Yang Liu و Davide Faggionato؛ و همچنین William Starmer زیست شناس از دانشگاه Syracuse و Ahmet Altun شیمیدان و محقق در Emory که هم‌اکنون در دانشگاه Fatih در ترکیه مشغول به کار است.

Yokoyama و سایر همکاران او در طول سال‌ها رمز و راز تکامل تطبیقی را در دید انسان و سایر مهره‌داران با استفاده از مولکول‌های اجدادی موردبررسی قرار داده‌اند. آن‌ها فرایندی طولانی شامل تخمین و سنتز پروتئین‌های اجدادی و رنگ‌دانه های گونه‌ها مختلف را طی کردند و سپس روی آن‌ها آزمایش‌هایی انجام دادند. این تکنیک ترکیبی از میکروبیولوژی، محاسبات نظری، بیوفیزیک، شیمی کوانتوم و مهندسی ژنتیک بود.

درباره بینایی تحقیقات نشان داد پنج گروه از ژن‌های اپسین رنگدانه های بصری را جهت مشاهده نور اندک و دید رنگی کدگذاری می‌کنند. همچنین مشخص شد هنگامی‌که محیط اطراف یک گونه تغییر می‌کند بخش‌هایی از ژن اپسین و دید موجود با محیط سازگار می‌شود.

در حدود ۹۰ میلیون سال پیش اجداد پستاندار اولیه ما شبگرد بودند، آن‌ها رنگ‌دانه هایی حساس به UV و نور قرمز داشتند و دنیا را تنها به دو رنگ مشاهده می‌کردند. حدود ۳۰ میلیون سال قبل اجداد ما دچار تکامل شدند و چهار گروه ژن اپسین در آن‌ها تظاهر یافت که این موجب شد آنان بتوانند طیفی کامل از رنگ‌های مرئی را البته به‌جز نور UV مشاهده کنند.

Yokoyama می‌گوید:

«گوریل‌ها و شامپانزه‌ها دارای دیدی مانند دید انسان هستند و یا شاید باید بگوییم انسان دیدی مانند دید گوریل‌ها و شامپانزه‌ها دارد.»

در مقاله PLOS Genetics محققان روی هفت جهش ژنتیکی در دید انسان تمرکز نمودند، جهش‌هایی که موجب از بین رفتن دید UV و به دست آوردن رنگ‌دانه‌های حساس به نور آبی شد. محققان فوق مسیر این تکامل را از ۹۰ تا ۳۰ میلیون سال پیش موردبررسی قراردادند.

آنان ۵۰۴۰ مسیر (pathways) ممکن را که تغییرات ژنتیکی سبب تغییر در اسیدهای آمینه می‌شوند را تعیین کردند. Yokoyama می‌گوید:

«ما هر یک از این ۵۰۴۰ احتمال را مورد آزمایش قراردادیم و دریافتیم دراین‌باره هفت تغییر ژنتیکی ممکن است رخ دهد، تغییراتی که هر یک به‌تنهایی اثری ندارند. فقط هنگامی‌که این تغییرات به شکلی خاص ترتیب می‌یابند مسیرهای تکاملی تکمیل می‌گردد.»

به‌عبارت‌دیگر دقیقاً مانند محیط بیرون که موجب انتخاب طبیعی در موجودات می‌گردد تغییرات در سطح مولکولی نیز به همین صورت پیش می‌رود. در تحقیقات صورت پذیرفته در گذشته Yokoyama نشان داد چگونه فقط با یک جهش ژنتیکی در ماهی scabbardfish دید این موجود از حالت UV به‌صورت دید نور آبی درآمده است. این ماهی امروزه بیشتر عمر خود را در عمقی بین ۲۵ تا ۱۰۰ متری سپری می‌کند، اما در اجداد انسان هفت تغییر رخ‌داده و این تغییرات طی میلیون‌ها سال ایجادشده است. Yokoyama می‌گوید:

«تکاملی بینایی در اجداد ما در مقایسه با ماهی scabbardfish بسیار آهسته اتفاق افتاده که احتمالاً دلیل آن تغییرات آهسته در محیط اطراف انسان‌ها بوده است.»

بعلاوه مشخص شد حدود ۸۰ درصد از ۵۰۴۰ مسیر تکاملی که محققان تعیین نمودند در میانه راه از بین رفته‌اند زیرا در آن مسیرها حداقل یک پروتئین به‌صورت غیرکاربردی درآمده است. Ahmet Altun شیمیدان دلیل حذف این پروتئین را این‌گونه بیان نموده است:

«پروتئین جهت عملکرد خود به آب نیاز دارد و اگر یک جهش پیش از جهش دیگر رخ دهد این امر موجب بسته شدن کانال‌های آب می‌گردد، کانال‌هایی که در غشای رنگ‌دانه بینایی گسترش‌یافته است.»

Yokoyama می‌گوید:

«۲۰ درصد از مسیرهای تکاملی باقی‌مانده در ۵۰۴۰ مسیر، جزئی از مسیرهای ممکن به شمار می‌آیند اما اجداد ما فقط از یک مسیر تکاملی استفاده کرده‌اند و ما این مسیر را مشخص نموده‌ایم.»

در سال ۱۹۹۰ Yokoyama بروز سه تغییر در اسیدآمینه‌های خاصی را مشخص نمود، تغییراتی که موجب شد اجداد انسان رنگ‌دانه حساس به رنگ سبز را به دست آورند. در سال ۲۰۰۸ او وسیع‌ترین درخت تکاملی را در مورد بینایی ارائه کرد، این درخت تکاملی دربردارنده حیوانات نیز بود از مارماهی‌ها گرفته تا انسان. در آزمایشگاه Yokoyama، عملکرد ژن‌های اجدادی مهندسی شد تا تغییراتی که در محیط زنده رخ می‌دهد را با تغییرات مولکولی ارتباط دهند. این عوامل در شاخه‌های مهم این درخت مشخص‌شده است.

در مورد تحقیق PLOS Genetics باید گفت که این تحقیق پروژه بررسی تکامل دید رنگی انسان را کامل نموده است. Yokoyama می‌گوید:

«درباره مکانیسم‌های موجود در این مسیر تکاملی هیچ نکته مبهمی وجود ندارد حتی در سطح بیان اسیدهای آمینه.»

در صورت تمایل می‌توانید مقاله کامل این مطلب را به زبان انگلیسی از لینک منبع مشاهده نمایید، اگر مقاله رایگان نبود از بخش دانلود رایگان مقالات، مقاله کامل را به صورت PDF دریافت کنید.

منبع: PLOS Genetics

  • نویسنده : بهزاد دماوند
  • تاریخ انتشار : ۱۲-۰۸-۹۴