مقایسه‌ی تک‌سلولی‌ها و پرسلولی‌ها

پلاکوزوان‌ها و اسفنج‌ها، تقریباً به‌سادگی بدن‌هایی‌اند که امروزه نیز شکل می‌گیرند. برای به‌دست‌آوردن هر نوع پیشرفتی، باید اجزای سازنده‌ی بدن‌مان را در موجوداتی فاقد بدن جست‌وجو کنیم: میکروب‌های تک‌سلولی.

چطور می‌شود میکروبی را با جانوری بدن‌دار مقایسه کنیم؟ آیا ابزار سازنده‌ی بدن جانداران پرسلولی در موجودات تک‌سلولی هم وجود دارد؟ اگر جواب مثبت است و اگر آن‌ها بدن ندارند پس نقش‌شان چیست؟!

بهترین راه برای پاسخ‌گویی به این سؤالات این است که ژن‌های میکروب‌ها را برای یافتن هرگونه شباهت با جانوران بررسی کنیم. نخستین مقایسه‌های میان ژنوم میکروب و جانور، واقعیت برجسته‌ای را آشکار کرد: در بسیاری از جانداران تک‌سلولی، بیش‌تر تشکیلات لازم برای اتصال برهم‌کنش و غیره که در سلول‌های ما دیده می‌شود موجود نیست؛ برخی بررسی‌ها نشان داده که بیش از ۸۰۰ نوع از این مولکول‌ها در جانداران دارای بدن یافته شده، درحالی‌که در موجودات تک‌سلولی خبری از آن‌ها نیست. این موضوع منجر به این ایده می‌شود که ابزارهایی که به سلول‌ها برای ساخت بدن کمک می‌کنند باید به‌آرامی، همراه با بدن‌های‌شان به‌وجود آمده باشند.

زمانی‌که نیکول کینگ (Nicole King) از دانشگاه برکلی کالیفرنیا مطالعه‌ی خود را روی ارگانیسمی موسوم به کوانوفلاژلات (Choanoflagellates) آغاز کرد، داستان طور دیگری ادامه یافت. انتخاب این موضوع مطالعاتی از سوی کینگ به هیچ روی تصادفی نبود. به‌علت کار روی DNA، او می‌دانست کوانوفلاژلات‌ها احتمالاً نزدیک‌ترین خویشاوند میکروبی به جانداران دارای بدنی مثل پلاکوزوان‌ها و اسفنج‌ها هستند. هم‌چنین، به گمان کینگ، آن‌چه که در ژن‌های کوانوفلاژلات‌ها مخفی شده، نسخه‌هایی از DNA است که بدن ما را ساخته.

پروژه‌ی ژنوم انسان، به جست‌وجوهای نیکول کمک کرد. رویداد مهم، موفقیت در نقشه‌برداری از کل ژن‌های بدن انسان بود. به‌علت موفقیت پروژه‌ی ژنوم انسان، به‌سرعت بررسی و نقشه‌برداری از دیگر موجودات آغاز شد: پروژه‌ی ژنوم موش صحرایی، مگس، زنبورعسل و حتی پروژه‌های در حال پیشرفتی برای توالی‌یابی ژنوم اسفنج‌ها، پلاکوزوان‌ها و میکروب‌ها هم وجود داشت. این نقشه‌ها، منابع باارزشی از اطلاعات‌اند که به ما در مقایسه‌ی ژن‌های سازنده‌ی بدن گونه‌های بی‌شماری از موجودات کمک می‌کنند. هم‌چنین، این نقشه‌ها برای نیکول، ابزار ژنتیکی مناسبی برای مطالعه‌ی کوانوفلاژلات‌ها بودند.

کوانو فلاژلات‌ها، به‌طرز عجیبی شبیه سلول‌های جام‌شکل درون اسفنج‌اند. درواقع، تا مدت‌ها تصور بر این بود که کوانوفلاژلات‌ها همان اسفنج‌های تجزیه‌شده‌اند؛ اسفنج، بدون تمام سلول‌های دیگرش. اگر این موضوع حقیقت می‌داشت، DNA کوانوفلاژلات‌ها باید شبیه به اسفنج می‌شد اما این‌طور نبود هنگامی‌که بخش‌هایی از DNA كوانوفلاژلات‌ها با DNA میکروب و اسفنج مقایسه شد، شباهت آن با DNA میکروب، به‌طور فوق‌العاده جالبی اثبات شد. کوانوفلاژلات‌ها میکروب‌های تک‌سلولی بودند!

فاصله‌ی ژنتیکی بین «میکروب تک‌سلولی» و «جانداران دارای بدن»، با مطالعه‌ی نیکول روی کوانوفلاژلات‌ها به‌طور کلی از میان برداشته شد. بسیاری از ژن‌های فعال در کوانوفلاژلات‌ها، در جانوران هم فعال‌اند. درواقع، بسیاری از این ژن‌ها، قسمتی از دستگاه سازنده‌ی بدن‌اند. نمونه‌های اندکی قدرت این مقایسه را آشکار می‌کند. عملکرد اتصال و ارتباط سلولی، حتی بخش‌هایی از مولکول‌هایی که شکل‌دهنده‌ی ماتریکس بین سلول‌ها و آبشارهای مولکولی که محل عبور سیگنال از خارج سلول به داخل آن‌اند، همه در کوانوفلاژلات‌ها موجودند.

کلاژن‌ها نیز درون کوانوفلاژلات‌ها وجود دارند. گونه‌های متفاوتی از مولکول‌های اتصالی که سلول‌ها را کنار یکدیگر نگه می‌دارند هم در کوانوفلاژلات‌ها موجودند؛ اگرچه کارهایی که انجام می‌دهند کمی متفاوت است. کوانوفلاژلات‌ها حتی به نیکول نقشه راهنمایی دادند که بتواند دستگاه سازنده‌ی بدن ما را با میکروب‌های دیگر نیز مقایسه کند.

ساختارهای مولکولی بنیادینی که تجمعات کلاژن و پروتئوگلیکان را می‌سازند با استفاده از گونه‌های متفاوت میکروب‌ها شناخته شد. باکتری استروپتوکوکوس -که به‌طور معمول در دهان ما وجود دارد و احتمالاً در قسمت‌های دیگر نایاب است- در سطح سلولش مولکولی دارد که به کلاژن بسیار شبیه است. این ساختار، همان اثر مولکولی کلاژن را دارد اما آن‌طور که کلاژن‌ها به‌شکل طناب‌ها یا صفحاتی در سلول‌های جانوری متراکم می‌شوند، تجمع نمی‌یابد.

به‌علاوه مقداری از مواد قندی که مجموعه‌ی پروتئوگلیکانی را درون غضروف ما می‌سازد، در دیواره‌های سلولی انواع مختلفی از باکتری‌ها مشاهده می‌شود. عملکرد آن‌ها در ویروس‌ها و باکتری‌ها دقیقاً مثل هم نیست. این ترکیبات مورد استفاده در روش‌هایی‌اند که باکتری‌ها و ویروس‌ها به سلول‌ها هجوم می‌آورند و آن‌ها را آلوده می‌کنند؛ به‌عبارت دیگر، عامل آلودگی‌اند. کارکرد این مواد قندی در روش‌هایی‌ست که این عوامل به سلول‌ها هجوم می‌آورند، سرایت می‌کنند و سبب تشدید بیماری‌زایی می‌شوند. بسیاری از مولکول‌هایی که میکروب‌ها برای بیمارکردن ما از آن‌ها استفاده می‌کنند، نسخه‌ی ابتدایی از مولکول‌هایی‌اند که شکل‌گیری بدن ما را ممکن ساخته‌اند!

حال با یک پازل روبه‌رو هستیم؛ در نمونه‌های فسیلی برای 3.5 میلیارد سال اول از تاریخ زمین، به‌جز میکروب‌ها چیزی ندیدیم. اما یک‌باره در یک بازه‌ی زمانی ۴۰ میلیون‌ساله، بیش‌تر انواع بدن‌ها پدیدار شدند: تنه‌ی گیاهی، بدنه‌ی قارچی و بدن‌های جانوران؛ بدن‌ها در همه‌جا قابل مشاهده بودند. این هیجانی واقعی به‌شمار می‌آمد اما اگر شما مطالعات نیکول را ملاحظه کنید، متوجه می‌شوید که پتانسیل ساخت بدن حتی پیش از خود بدن وجود داشته است. چرا بدن‌ها پس از مدت‌زمان بسیار طولانی که هیچ بدنی در کار نبوده، ناگهان پدیدار شدند؟!