مگس

یکی از عالی‌ترین تصمیماتی که در تاریخ زیست‌شناسی گرفته شده است، زمانی بود که توماس هانت مورگان (۱۹۴۵-۱۸۶۶) تصمیم گرفت روی مگس‌ها کار کند. مورگان کار حرفه‌ای خود را با مطالعه‌ی کشتی‌چسب‌های بلوطی، کرم‌ها، و قورباغه‌ها آغاز کرد و بر این باور بود که در درون سلول‌ها و رویان‌های آن‌ها سرنخ‌هایی برای فهم زیست‌شناسی خود ما قرار دارد و البته آن‌ها را از روی تفنن یا تصادف هم انتخاب نکرده بود؛ او بر روی جانداران کوچک دریایی تمرکز کرده بود که قادر بودند بخش کاملی از بدن را پس از آن‌که آن را از دست داده‌اند، دوباره بسازند. به‌عنوان مثال، کرم‌های پلانارین قهرمان بازسازی‌اند: اگر یکی از آن‌ها را به دو نیم کنید و بگذارید رشد کند، نتیجه‌ی نهایی آن دو کرم کامل خواهد بود. بسیاری از موجودات -کرم‌ها، ماهی‌ها، و دوزیستان- می‌توانند پس از تروما خود را بازسازی کنند. ما فقط می‌توانیم به جانوران خویشاوندمان حسادت کنیم؛ پستانداران جایی در مسیر تکامل، این توانایی را از دست داده‌اند.

مورگان زمانی وارد دنیای علم شد که مقدار زیادی از آنچه امروزه بدیهی می‌گیریم، کاملاً ناشناخته بود. راهب چک گرگور مندل کشف کرد که صفات می‌تواند از نسلی به نسل بعد منتقل شود، ولی منبع این وراثت یک معما بود. سلول‌ها را می‌توانستند مشاهده کنند ولی این تصور که کروموزوم‌ها در این فرایند نقش دارند معلوم نشده بود، چه رسد به وجود DNA.

آنچه به‌طور ضمنی در فعالیت علمی مورگان مستتر بود، نوعی جابه‌جایی بنیادی در طرز فکر درباره‌ی حیات بود، چیزی که امروزه زیربنای تقریباً تمام پژوهش‌های زیست‌پزشکی است. جانداران مختلف، از کرم گرفته تا ستاره‌ی دریایی، می‌توانند نکاتی را درباره‌ی سازوکارهای کلی زیست‌شناسی انسان روشن کنند. کار او مبتنی بر این تفکر ضمنی بود که تمام جانداران روی زمین پیوندهای عمیقی با یکدیگر دارند.

مورگان پس از چند سال تحقیق بر روی بازسازی و توصیف آن در کتاب تأثیرگذارش با عنوان بازسازی که در سال ۱۹۰۱ منتشر شد، متوجه شد که واقعاً ابزارهای لازم برای پیشرفت قابل توجه را ندارد. شروع به جست‌وجو برای یک برنامه‌ی پژوهشی جدید کرد. در قلب تمام این موضوعات، از بازسازی گرفته تا کالبدشناسی، مسئله‌ی وراثت قرار دارد -یعنی منتقل‌شدن اطلاعات از یک نسل به نسل بعدی. فهمیدن سازوکار وراثت، می‌توانست کلیدی برای حل بسیاری از معماهای زیست‌شناسی باشد. مورگان به این نتیجه رسیده بود که برای فهمیدن ژنتیک باید موجودی را پیدا کند که رشد و تکثیر سریع داشته باشد، کوچک باشد و بتوان آن را به تعداد زیاد در آزمایشگاه نگهداری کرد. به‌طور ایده‌آل در پی جانداری بود که بتوان کروموزوم‌های آن را زیر میکروسکوپ دید. در آن زمان پیشنهاد شده بود که کروموزوم‌ها حاوی ماده‌ی ژنتیکی هستند، ولی این مطلب هنوز به اثبات نرسیده بود. این لیست شرایط لازم خیلی بلند بود و موجودی که او بیش از همه در پی فهمیدن آن بود -یعنی انسان- را شامل نمی‌شد.

گرچه مورگان در آن زمان خبر نداشت ولی یک آرایه‌شناس حشرات نیز مأموریت مشابهی را در پیش گرفته بود، البته از سمت دیگر مسئله. چارلز دبلیو. وودورث (۱۹۴۰-۱۸۶۵)، در دانشگاه کالیفرنیا در برکلی، هدف زندگی حرفه‌ای خود را این قرار داده بود که جزئیات ژرف کالبدشناسی حشرات را برملا کند و مگس‌ها و حشرات دیگر را طبقه‌بندی نماید. او با این تلاش‌ها در زمینه‌ی زیست‌شناسی مگس‌ها متخصص شد، به حدی که متقاعد شد که یک گونه از آن‌ها به نام مگس سرکه، دروزوفیلا ملانو گاستر، می‌تواند مدل مناسبی برای آزمایش‌ها باشد. در اوایل دهه‌ی ۱۹۰۰ (سال دقیق آن معلوم نیست) او با یکی از زیست‌شناسان دانشگاه هاروارد به نام ویلیام ئی. کسل (۱۸۶۷-۱۹۶۲) تماس گرفت و پیشنهاد کرد که آزمایش‌هایی روی مگس سرکه انجام دهد.

کسل هم مانند بیتسون علاقه‌مند به شناسایی سازوکارهای وراثت و تغییرات بود. در آن زمان کسل روی خوکچه‌های هندی کار می‌کرد تا ببیند رنگ خز و الگوی بدنی آن‌ها چگونه از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌شود. ولی کار بر روی خوکچه‌های هندی بسیار دلسردکننده بود، زیرا خوکچه‌های هندی ماده هر بار حداکثر هشت بچه می‌زاییدند و بارداری آن‌ها تقریباً دو ماه طول می‌کشید. کسل برای مطالعه‌ی وراثت مجبور بود ماه‌ها صبر کند تا آن‌ها تکثیر حاصل کنند و چند نسل ایجاد نمایند. پیشنهاد و ودورث برای کارکردن بر روی مگس‌ها جذابیت واضحی داشت؛ مگس سرکه به‌طور متوسط چهل تا پنجاه روز عمر می‌کند و طی این مدت، یک ماده می‌تواند هزاران رویان ایجاد کند. کسل متوجه شد که در عرض یک ماه بر روی مگس‌های سرکه می‌تواند تحقیقاتی بیشتر از چند سال کار بر روی خوکچه‌های هندی انجام دهد.

کسل مشغول کار بر روی مگس‌ها شد و روش‌هایی برای تکثیر و پرورش آن‌ها ایجاد کرد. در سال ۱۹۰۳ مقاله‌ای درباره‌ی آزمایش‌های مگس‌ها منتشر کرد که شاید امروزه از نظر نتایج علمی آن زیاد قابل توجه نباشد، ولی به‌خاطر تأثیر آن بر جامعه در خاطره‌ها مانده است. سایر دانشمندان، از جمله مورگان متوجه زیبایی و قدرت مطالعه بر روی مگس‌ها شدند.

شاید بعید به‌نظر برسد که در وزوفیلا مبنایی برای کشفیات بنیادی باشد. این حشره حدود سه میلی‌متر طول دارد و روی میوه‌های گندیده زندگی می‌کند. اکثر ما با آن‌ها به‌عنوان مگس‌های ریز و مزاحمی که دور و بر آشغال‌ها هستند و نیش نمی‌زنند برخورد داشته‌ایم، ولی همان ویژگی‌هایی که در زندگی از آن یک آفت می‌سازد، آن را در دنیای علم نویدبخش می‌کند.

کارهای مورگان تابع سنت مطالعه‌ی هیولاها بود که به معنای یافتن و تحلیل‌کردن موجودات جهش‌یافته بود. جهش‌یافته‌ها در عملکرد ژن‌های نرمال نقش کلیدی دارند. یک جهش‌یافته که فاقد چشم است، به‌معنای نقص در یک یا چند ژن است که تشکیل چشم را کنترل می‌کنند. از این جهت، جهش‌یافته‌ها ستاره‌های راهنمایی هستند که می‌توان از آن‌ها برای شناسایی ژن‌های دخیل در تكوين اعضای مختلف استفاده کرد. از آنجا که جهش‌یافته‌ها بسیار کمیاب‌اند، لذا مورگان می‌بایست هزاران مگس را پرورش دهد تا به یک مورد جهش‌یافته دست پیدا کند. او و تیمش صدها کلنی مگس داشتند و هر کدام از مگس‌ها را زیر میکروسکوپ بررسی می‌کردند تا هرگونه ناهنجاری را در آن شناسایی کنند.

شاید خیلی از ما اطلاع نداشته باشیم، ولی بدن مگس زیر میکروسکوپ از پیچیدگی زیبایی برخوردار است. با بزرگ‌نمایی متوسط، انواع موهای سیخ، خارها، و ضمایم مشاهده می‌شود که از بخش‌های بدن آن بیرون زده است. تیم مورگان با این پیچیدگی‌ها آشنا شده بودند، به‌طوری‌که هرگونه تغییر، هر چقدر هم اندک، مبنایی برای شناسایی یک مگس جهش‌یافته بود. آن‌ها ساعت‌های طولانی روی میکروسکوپ خم می‌شدند و به‌دنبال مگس‌هایی با هرگونه صفات غیرعادی می‌گشتند، مثلاً بال‌هایی با شکل متفاوت، الگوی نواری جدید، یا ضمایم تغییریافته.

همان‌طور که امروزه می‌دانیم، ژن‌ها توالی‌های DNA هستند که در کنار هم کروموزوم‌ها را پدید می‌آورند. کروموزوم‌ها در درون هسته‌ی سلول واقع‌اند، و تحت شرایط مناسب، زیر میکروسکوپ قابل مشاهده هستند. مورگان چیزی در مورد DNA نمی‌دانست، ولی می‌توانست کروموزوم‌ها را ببیند. آن‌ها پنجره‌ی او به درون ژنها بودند.

مورگان روش‌های هوشمندانه‌ای برای پیونددادن آناتومی موجودات جهش‌یافته با مواد ژنتیکی آن‌ها ابداع کرد. تیم او مشاهده کردند که مگس‌ها در درون غدد بزاقی خود کروموزوم‌های بزرگی دارند. وقتی که آن‌ها را خارج می‌کرد و یک رنگ قرمز که از نوعی گلسنگ وحشی به‌دست آمده بود، به آن‌ها اضافه می‌کرد. یک سری نوارهای سیاه‌وسفید روی کروموزوم ظاهر می‌شد که برخی از آن‌ها کلفت بودند و برخی نازک. سپس مورگان الگوی این نوارهای سیاه‌وسفید را در مگس‌های طبیعی و مگس‌های جهش‌یافته با هم مقایسه می‌کرد. او با مقایسه‌ی تفاوت نوارها می‌توانست محلی از کروموزوم را که در آن تفاوت داشتند مشخص کند و عملاً محل قرارگیری تغییر ژنتیکی ایجادکننده‌ی جهش را آشکار نماید.

مگس‌ها از موزهای گندیده تغذیه می‌کردند، از این‌رو، آزمایشگاه مورگان پر از بوی زباله بود. افرادی که در آنجا کار می‌کردند، باید ساعت‌ها به درون میکروسکوپ خیره می‌شدند. به‌خاطر این شرایط، موفقیت گروه مورگان نیاز به شخص خاصی داشت -کسی که بتواند علی‌رغم تمام مسائل، بر روی بدن مگس‌ها، نوارهای کروموزومی و جهش‌یافته‌ها تمرکز کند. بحث بر سر یکی از بزرگ‌ترین پرسش‌های حیات بود: چگونه اطلاعات از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌شود؟

آزمایشگاه مورگان ابتدا در فضای تنگی در دانشگاه کلمبیا بود و در آنجا مگس‌ها را نگهداری می‌کرد، پرورش می‌داد و زیر میکروسکوپ مطالعه می‌کرد. این آزمایشگاه که با نام اتاق مگس مشهور شده بود، مرکزی برای برخی از زیست‌شناسان متقدم قرن بیستم بود، چراکه مورگان برترین و باهوش‌ترین افراد را جذب آزمایشگاه خود می‌کرد. او پس از گذراندن چهارده سال در کلمبیا، در سال ۱۹۲۸ تمام عملیات را به کلتک انتقال داد، و در سال ۱۹۳۳ برنده‌ی جایزه‌ی نوبل شد.

یکی از دانشجویان قدیمی مورگان، توانایی بی‌نظیری برای کار با مگس‌ها داشت. کالوین بریجز (۱۹۳۸-۱۸۸۹) نه‌تنها بهتر از همه می‌توانست مگس‌های جهش‌یافته را شناسایی کند، بلکه صبر و تحمل کافی داشت که ساعت‌ها بنشیند و آن‌ها را پیدا کند. بریجز تفاوت‌هایی را در میان مگس‌ها تشخیص می‌داد که دیگران قادر به تشخیص آن نبودند. او پیشرفت‌هایی فنی نیز ایجاد کرد. او شروع به استفاده از میکروسکوپ دوچشمی کرد که میدان دید او را افزایش داد و منجر به این کشف شد که مگس‌ها به‌خوبی از آگار تغذیه می‌کنند. این تغییر مهمی برای آزمایشگاه بود -دیگر نیازی نبود که «اتاق مگس» بوی موزهای گندیده بدهد.

بریجز که موهای سیخی داشت که گویا از قوانین فیزیک پیروی نمی‌کرد، آدم بی‌قراری بود. غالباً ساعات متمادی در آزمایشگاه مشغول کار بود، و بعضی وقت‌ها هم مدتی طولانی غیبش می‌زد. یک بار با تصاویری از اتومبیل جدیدی که طراحی کرده بود، از راه رسید. شایعات فراوانی از ملاقات‌های عاشقانه‌ی او نقل می‌شد و مورگان از زندگی خصوصی او رضایت نداشت. شایعات مربوط به روابط بریجز سبب شد که او هرگز در کلتک به مقام هیئت علمی ارتقا پیدا نکند. وقتی که در دهه‌ی چهل‌سالگی عمرش فوت کرد، در آزمایشگاه شایع شد که شوهر یکی از معشوقه‌هایش از روی حسادت او را کشته است. متأسفانه، حقیقت مطلب نیز همین‌قدر غم‌بار بوده است. اخیراً یکی از همکاران ژنتیک‌دان من از برادر او که در لس‌آنجلس دادستان است، خواست که گواهی فوت بریجز را دربیاورد. معلوم شد که بریجز بر اثر عوارض سیفیلیس مرده است.

آزمایشگاه در ارتباط با دنیای بیرون در مورد رفتار شخصی بریجز كاملاً سکوت می‌کرد، ولی تأثیر او بر کارهای مورگان در حدی بود که مورگان پس از مرگ نابهنگام او عواید جایزه‌ی نوبل خود را با خانواده‌ی او قسمت کرد. شهرت بریجز به‌خاطر این بود که می‌توانست مگس‌های جهش‌یافته را که تفاوت اندکی از نظر رنگ، شکل، بال یا الگوی موها داشتند، تشخیص دهد، ولی یکی از مشهورترین کشفیات او چیزی بود که شناسایی آن کار نسبتاً آسانی است. تفاوت آن بعید بود حتی از چشم یک فرد مبتدی مخفی بماند. نام آن Bithorax (دوسینه‌ای)، به‌خوبی وضعیت آن را بازگو می‌کند -به‌جای دو قطعه‌ی سینه‌ای و بال چهار تا دارد، ناحیه‌ی کاملی از بدن آن، شامل بال‌ها و اعضای دیگر مضاعف شده بود.

بریجز شکل بدن مگس را ترسیم کرد و کالبدشناسی آن را توصیف نمود. بعد همان کاری را انجام داد که ژنتیک‌دانان هنگام پیداکردن یک جاندار جهش‌یافته انجام می‌دهند. در آزمایشگاه مگس کلتک، آن را پرورش داد و تکثیر نمود. یک کلنی از این موجودات جهش‌یافته ایجاد کرد که می‌توانست همواره تداوم داشته باشد.

بریجز می‌خواست محلی از کروموزوم را که تغییر اتفاق افتاده است پیدا کند. با استفاده از تکنیک مورگان برای رنگ‌آمیزی کروموزوم‌های بزاقی، توانست ناحیه‌ای را در مگس جهش‌یافته‌ی دارای بال مضاعف پیدا کند که نوارهای آن با مگس‌های طبیعی متفاوت بود. مگس جهش‌یافته‌ی بای‌توراکس به‌خاطر تغییر در ناحیه‌ی وسیعی از کروموزوم مگس به‌وجود آمده بود.

تلاش مورگان و بریجز برای فهمیدن یک صفت خاص در مگس‌ها راه را به دنیای جدیدی از چالش‌ها و فرصت‌ها گشود. آن‌ها و دیگران نشان دادند که صفات مختلف در مگس‌ها قابل توارث هستند. نوعی ماده‌ی زیستی از نسلی به نسل دیگر منتقل می‌شود که به رویان در حال تکوین مگس می‌گوید که بال‌ها را در محل صحیح بدن قرار دهد. مگس جهش‌یافته‌ی بریجز نشان داد که این ماده در بخشی از کروموزوم مگس قرار دارد.