درخت حیات متحول می شود
این باور در اکثریت قریب به اتفاق مردم به نوعی رسوخ کرده اما واقعیت این است که شاخ و برگ‌های درخت‌واره حیات در حال تغییر هستند. با یک جستجوی ساده اینترنتی می‌توان هزاران تصویر پرزرق و برق و چندین و چند تعریف را برای اصطلاح «درخت فیلوژنتیک» مشاهده کرد. درخت فیلوژنتیک یا همان درخت تکاملی حیات، نموداری پلکانی است که روابط تکاملی میان گونه‌های مختلف را از نظر شباهت‌ها و تفاوت‌های فیزیکی و ژنتیکی نشان می‌دهد. ایده درخت حیات که در اصل برگرفته از متون کهن و باستانی است، از دهه ۱۹۹۰ م. به بعد عملاْ دستخوش تغییرات زیادی گردید. نمودارهای تکنیکی در ظرف این مدت بارها و بارها تغییر کرد چرا که درک دانشمندان از روابط میان گونه‌های مختلف زیستی دستخوش تغییر گردید. جالب اینجاست که نسخه ساده درخت حیات که دانش‌آموزان در خلال دهه‌های متمادی آن را به خاطر می‌سپردند، با تفاسیر امروز دانشمندان بیشتر مهجور و متروک جلوه می‌کند تا تصویری از واقعیت.
تغییر در زیربنای طبقه‌بندی
پاتریک کیلینگ (Patrick Keeling) استاد دانشگاه بریتیش‌کلمبیا ونکوور خاطره‌ای جالب و تا حدی مضحک از این قضیه را یادآور می‌شود: «زمانی که تازه‌ترین نمودار علمی را برای دانشجویانم ترسیم کردم، متوجه شدم که اغلب آنها حتی نام بعضی از شاخه‌های اصلی این درخت‌واره را هم نشیده‌اند و این مساله واقعاً به یک شوخی شبیه بود.» یکی از نکات جالب در تازه‌ترین نسخه درخت حیات این است که بر اساس آنالیزهای پیچیده ژنتیکی متعدد، این جمع‌بندی حاصل شده است که اکثر حیوانات جزو خویشاوندان نزدیک یک گروه از موجودات تک‌سلولی موسوم به (Choanoflagellates) هستند در حالی که پیش‌تر دانشمندان بر این باور بودند که اکثر حیوانات با ارگانیسم‌های چندسلولی قرابت دارند. علاوه بر این، مطالعات نشان می‌دهد که جلبک‌های بزرگی که در خارج از سواحل کالیفرنیا و در جنگل‌های زیردریایی رشد می‌کنند، از جمله خویشاوندان نزدیک پلانکتون‌های تک‌سلولی موسوم به دیاتومه‌ها هستند در حالی که در گذشته دانشمندان آنها را نزدیک به گیاهان و علف‌های دریایی قرمز چند سلولی طبقه‌بندی می‌کردند. درست است که نسخه قدیم درخت‌واره حیات تغییرات زیادی کرده اما هنوز هم نمی‌توان کل آن را اشتباه قلمداد کرد. آنچه که در علم زیست‌شناسی از آن بعنوان سلسله (Kingdom) یاد می‌شود و راس آن را گیاهان، قارچ‌ها و حیوانات تشکیل می‌دهند؛ در تقسیم‌بندی جدید هنوز به قوت خود باقی است اما جابجایی‌هایی در آن صورت گرفته است. در نمودار جدید، قهرمانان تاج‌دار درخت‌واره پیشین عملاً به انزوا رانده شده‌اند. سه مورد از میان صدها مورد همیشه در این درخت‌واره مورد توجه بوده‌اند چرا که این سه گروه تنوع وسیعی از تک سلولی‌های پیچیده را شامل می‌شوند. زیست‌شناسانی که این درخت‌واره را آنالیز و ارزیابی می‌کنند، مدت‌هاست که دیگر به ندرت از واژه سلسله (Kingdom) استفاده می‌کنند. اصطلاح سلسله در حقیقت اشاره به دومین طبقه تاکسونومیک دارد که به زیرگروه‌های کوچکتری موسوم به شاخه (Phylum) تقسیم می‌شود. در کتاب‌های درسی کشور آمریکا به صورت سنتی ۶ سلسله (حیوانات، گیاهان، قارچ‌ها، آغازیان/باکتری‌های باستانی یا آرکیا، باکتری‌ها/ائوباکتری‌ها) شناخته و تعریف شده در حالیکه در کتاب‌های مرجع بریتانیای کبیر، هندوستان، استرالیا، آمریکای لاتین و سایر کشورها تنها ۵ سلسله به نام‌های حیوانات، گیاهان، قارچ‌ها، آغازیان، مونرا (Monera) و تک سلولیها معرفی شده‌اند. همانطور که اشاره شد، در طبقه‌بندی‌های جدید استفاده از اصطلاح سلسله عملاً کنار گذاشته شده است چرا که تحقیقات نشان داده که این طبقه‌بندی سنتی نمی‌تواند بیانگر تبارزایی باشد. در حال حاضر زیست‌شناسان از ۵ و احتمالاً ۷ شاخه بزرگتر با عنوان گروه‌های برتر یا سرگروه‌ها (Supergroups) یاد می‌کنند.
سلسله یا فرمانرو که در گذشته بسیار بر آن تکیه می‌شد، سومین طبقه از مجموع ۸ طبقه علمی تعریف شده است. تازه‌ترین تحقیقات بیولوژیکی نشان می‌دهد که این اصطلاح تشریفاتی دیگر با قواعد علمی روز چندان سنخیتی ندارد و بهتر است که بجای آن از واژه سرگروه استفاده شود.
یک پیشنهاد تازه
داستان تنزل مقام سلسله‌ها و معرفی گروه‌های برتر مدت‌هاست که مطرح شده است. ۵ طرح جدید در سال ۲۰۱۴ م. به منظور ارائه یک الگوی نوین مطرح گردید. هدف از ارائه این ۵ طرح، معرفی یک سیستم طبقه‌بندی مدرن و ارائه یک درخت‌واره جدید بود. در ماه فوریه همان سال یک مقاله در مجله معتبر «آکادمی ملی علوم» (National Academy of Sciences) به چاپ رسید که در آن یک روش تازه برای حل این معضل مطرح گردید. هدف از این مقاله به نوعی پایان دادن به مباحثات متعددی بود که چندین و چند سال است در این مورد خاص میان دانشمندان ادامه دارد. اینکار هنوز به مرحله نهایی نرسیده اما واقعیت این است که گروه‌های پیشنهادی جدید مزایایی زیادی را به همراه دارند. یکی از فواید آنها کمک برای یافتن راحت و سریع‌تر داروهای درمانگر است. از طرف دیگر متخصصان باور دارند که این طبقه‌بندی جدید می‌تواند در حل معمای تکامل موجودات نیز نقشی اساسی ایفاء کند.
به لحاظ سنتی طبقه‌بندی علمی جانداران عبارت است از دامنه (Domain)، سلسله یا فرمانرو (Kingdom)، دسته یا (Division) برای گیاهان و شاخه یا (Phylum) برای جانوران، رده (Class) ، راسته (Order) ، خانواده (Family)، جنس (Genus) و گونه (Species)
۴۶ سال پس از طرح نویی که یک اکولوژیست درانداخت
طرح و الگوی درخت حیات در طی زمان تغییر کرده و هدف از این تغییر هم انطباق آن با ایده‌های تکامل یافته‌تری بوده که در طی این سال‌ها مطرح شده‌اند. بعنوان مثال در سال ۱۷۳۵ م. (۱۱۱۴ ه.ش.) پزشک و گیاه‌شناس سوئدی به نام کارل لینه (Carl Linnaeus) نخستین نسخه از سیستم طبقه‌بندی طبیعی خودش را که شامل سه سلسله گیاهان، حیوانات و جمادات بود؛ منتشر ساخت. البته سلسله جمادات هیچ‌گاه مورد تایید قرار نگرفت و جامعه علمی از پذیرش آن سر باز زد. ضمناْ در این طبقه‌بندی ابتدایی روابط تکاملی میان ارگانیسم‌ها لحاظ نشده بود. سال‌ها زمان لازم بود تا اینکه در سال ۱۹۶۹ م. (۱۳۴۸ ه.ش.) اکولوژیستی به نام روبرت ویتاکر (Robert Whittaker) در مجله ساینس (Science) برخی تمایزات تکاملی را با جسارت تمام کنار بگذارد و فرضیات گذشته را مردود اعلام کند. رویکرد این اکولوژیست نسبت به رئوس درخت حیات یعنی جایی که سال‌ها مکان فرمانروایی یوکاریوتها (جاندارانی با هسته سلولی حقیقی و غشاء سلولی) بود، به کلی معادله را برهم زد. یوکاریوتها که دهه‌ها بر کلاس‌های زیست‌شناسی با قدرت حکمرانی می‌کردند، به ناگاه قدرت خود را از دست دادند. واژه یوکاریوت اشاره به جاندارانی دارد که (DNA) خودشان را در غشایی که توسط هسته سلولی محدود شده، پنهان و مخفی کرده‌اند.
سیستم پیشنهادی ویتاکر هنوز هم تا حدی در مباحث مربوط به ارتباطات تکاملی مورد استناد قرار می‌گیرد. ویتاکر تاج درخت حیات خود را به سه سلسله از یوکاریوت‌های چند سلولی اولیه که اساس تغذیه سایرین بودند، پیشکش کرد: گیاهان (دریافت‌کننده‌های انرژی نوری)، قارچ‌ها (جذب‌کننده‌های مواد مغذی از طریق تماس) و حیوانات (آن‌هایی که غذای خود را هضم می‌کنند).
ویتاکر یک سلسله چهارمی هم از یوکاریوتها را به نام آغازیان به رسمیت شناخت. در این طبقه‌بندی آغازیان ارگانیسم‌های تک سلولی درهم و برهمی هستند که اشکال و شیوه زندگی آنها متغیر است اما در هر صورت برای راحتی کار و سهولت درکنار یکدیگر طبقه‌بندی شده و قرار گرفته‌اند. ویتاکر در این زمینه می‌گوید که هیچکدام از سیستم‌های طبقه‌بندی مورد اشاره وی از این نظر آنطور که باید و به طور کامل برایش قانع‌کننده نبوده است.
از دنیای ناشناخته‌ها چه خبر؟
امروزه اغلب دانشمندان امیدوار هستند که طبقه‌بندی‌های بیولوژیکی حداقل شامل اجداد اولیه و اعقاب آنها باشند. پروفسور کیلینگ از دانشگاه بریتیش کلمبیا در این مورد می‌گوید که تغییرات کنونی بیشتر بخاطر درک متفاوتی است که از زیرمجموعه‌ها حاصل شده است. اساس بیولوژی یا زیست‌شناسی هم اطلاعاتی است که اینجا و آنجا و اغلب بصورت پراکنده از ارگانیسم‌ها بدست می‌آید و همین مساله باعث شکل‌گیری فرضیات متعدد شده است. پروفسور کیلینگ می‌افزاید: «شناسایی خویشاوندان مساله مهمی است. نکته اینجاست که اگر شما بعنوان زیست‌شناس یک درخت حیات غلط را ترسیم کنید آنگاه در بسیاری از مسایل دیگر هم اشتباه خواهید کرد و عملاْ به جایی نمی‌رسید.» چالش ارائه یک درخت حیات درست، آنهم با این تنوع زیستی خارق‌العاده در جهان که فرضاْ هنوز بسیاری از میکروب‌های آن جزو ناشناخته‌ها هستند، شاید یکی از محالات علمی باشد.
جالب است بدانید که بیشتر از ۱۵۰ هزار نوع پلانکتون دریایی تنها در خلال یکی از سفرهای علمی و تحقیقی موسوم به تارا (Tara Expedition) و در ۲۲ ماه می امسال (۲۰۱۵ م.) کشف شد. از طرف دیگر دانشمندان هنوز نتوانسته‌اند یک سوم یوکاریوتها را در جهان از نظر ژنتیکی شناسایی و طبقه‌بندی کنند. در نتیجه این حجم وسیع از تنوع زیستی هنوز نمی‌تواند وارد هیچکدام از گروه‌های شناخته‌شده فعلی قرار گیرد.
برخی از دانشمندان باور دارند که ارایه یک درخت حیات صحیح هنوز امکان‌پذیر نیست چرا که طیف گسترده‌ای از موجودات کماکان در دنیا ناشناخته هستند.
ایده عالی اما …
تلاش‌های اولیه دانشمندان برای اینکه مبحث ژنتیک را وارد قضیه شجره حیات کنند، در ظاهر خارق‌العاده بود و به نظر هم جوابگو میآمد اما … اندرو روجر (Andrew Roger) از دانشگاه دالهاوسی (University of Dalhousie) هالیفاکس (Halifax) کانادا که از دهه ۹۰ م. در مباحثات جدی زیست‌شناسان بر سر مساله چگونگی طراحی درخت حیات شرکت داشته، می‌گوید: «علم هیچ‌گاه بر روی یک خط صاف حرکت نکرده و از این پس هم نخواهد کرد.» نخستین درختان حیاتی که بر اساس مطالعات ژنتیک یوکاریوتها کشیده شدند، بر مبنای مقایسه اختلاف ژن‌ها و زیرواحد موسوم به (RNA) بودند. نتیجه آن شامل تفکیک گروه‌های اصلی نظیر گیاهان، حیوانات و قارچ‌ها که در شاخه‌های اصلی قرار داشتند، هم به نظر معقول میآمد. اما وقتی بحث به طبقات پایین‌تر یعنی بخشی که شاخه‌های قدیمی‌تر قرار داشتند، می‌رسید؛ یکسری مسایل عجیب و غریب نمود می‌کرد. فرضاً ژیاردیا (Giardia) یک انگل تک‌یاخته‌ای است که در روده کوچک انسان و بسیاری از پستانداران زیست می‌کند. این انگل می‌تواند به راحتی جان کسانی را که از آب‌‌های غیرآشامیدنی استفاده می‌کنند، در معرض مخاطره قرار دهد. یکی از مباحث مورد بحث همین انگل تک یاخته‌ای بود.
یک مناقشه دیگر در مورد تک‌یاخته‌ای تاژکداری به نام تریکومونیازیس (Trichomonas) یکی از عفونت‌های شایع که از طریق روابط جنسی منتقل می‌شود و انگل تک‌سلولی اسپور مانند به نام میکروسپوریدیا (Michrosporidia) که می‌تواند به بسیاری از حیوانات حمله کند، مطرح شد. پیدایش این تک‌سولیها در تاریخچه حیات موجودات یوکاریوت، دانشمندان را بشدت شگفت‌زده کرد. این نوع ارگانیسم‌ها عملاْ میتوکندری مشخصی ندارند. میتوکندری یکی از اندامک‌های سلولی است که وظیفه آن انتقال انرژی و تنفس سلولی است. این اندامک را اغلب بعنوان نیروگاه‌های مولد انرژی در سلول‌ها می‌شناسند. در سال ۱۹۸۳ م. (۱۳۶۲ ه.ش.) توماس کاوالیر اسمیت (Tomas Cavalier Smith) از دانشگاه آکسفورد این فرضیه را مطرح ساخت که شاید میتوکندری از ابتدا در این انگل‌ها وجود نداشته است. این فرضیه به نوعی نظر یک زیست‌شناس مستقل به نام لین مارگولیس (Lynn Margulis) از دانشگاه بوستون (Boston University) را هم تایید می‌کرد.
مارگولیس فرضیه خود را در سال ۱۹۷۰ م. (۱۳۴۹ ه.ش.) و در مقاله‌ای با عنوان «منشاء سلولهای یوکاریوتی» مطرح ساخت. این زیست‌شناس بر این باور بود که میتوکندری‌ها در اصل از یکسری میکروب‌های آزاد که توسط اجداد یوکاریوت‌های امروزی بلعیده شده‌اند، بوجود آمده‌اند و تکامل آنها را به مرحله‌ای رسانده که بتوانند بعنوان مولد انرژی برای سلول‌ها فعالیت کنند. این فرضیه هم مطرح شد که شاید انگل‌ها همان باقیمانده و ماترکی هستند که از پیش از آن دوره تاریخی موسوم به «بلع بزرگ» برجا مانده‌اند.
آلیستر سیمسون (Alastair Simpson) یک زیست‌شناس از دانشگاه دالهاواسی(Dalhousie University) می‌گوید:«این ایده که انگل‌های انتخابی فوق بتوانند بعنوان معرف و نمونه‌های پیش از شکل‌گیری میتوکندری لحاظ شوند، خیلی جالب به نظر می‌رسید اما این فرضیه خارق‌العاده به یکباره بر باد رفت.» یکی از مشکلات بر سر راه این فرضیه زمانی بوجود آمد که محققان درصدد برآمدند تا آنالیزهای خود را بسط دهند و برای این منظور بیشتر از یک ژن را مورد مطالعه قرار دادند. اندرو روجر زیست‌شناس دیگر دانشگاه دالهاوسی افزود: «ما اینبار به شکلی غیرمنتظره با ژن‌هایی سر و کار داشتیم که حرف‌های دیگری برای زدن داشتند.» اینجا بود که پتانسیل انگل‌های تک‌سلولی فوق برای حل مساله به یکباره از دست رفت. روجر بعنوان زیست‌شناس و محقق خیلی بر روی این فرضیه حساب کرده بود. وی در میانه راه پروژه دوره دکتری خود بود و با خود به این جمع‌بندی رسیده بود که می‌تواند انگل‌های مذکور را بعنوان میتوکندری‌های اولیه معرفی نماید. وی درباره حس ناامیدی خود می‌گوید: «این یکی از مواردی بود که شما می‌توانید به راحتی بگویید، فرش را از زیرپایتان کشیده‌اند و در آنزمان من واقعاً چنین حسی داشتم. اما در هر صورت با خودم فکر کردم که این مساله جالب است.» بله درست خواندید، جالب!!! این نظریه که تکامل یوکاریوتها تنها بر اساس آنالیز یک ژن تفسیر شود تا مدت‌ها در کتاب‌های مرجع دیده می‌شد، حتی بسیاری از زیست‌شناسان حرفه خود را بر همین اساس آغاز و کار کرده بودند. روجر می‌گوید: «اینکه این نظریه می‌تواند اشتباه باشد، در جای خود موضوع کوچکی نبود.» و این درست همان چیزی بود که روجر و همکاران آزمایشگاهی‌اش تصمیم به اثبات آن داشتند.
تک‌یاخته‌ای تاژکداری به نام تریکومونیازیس (Trichomonas) و انگل تک‌سلولی اسپور مانند به نام میکروسپوریدیا (Michrosporidia) میتوکندری ندارند. میتوکندری وظیفه حیاتی انتقال انرژی و تنفس سلولی را برعهده دارد. حال پرسش این است که چرا این تک یاخته‌ای‌ها مهمترین اندامک سلولی را ندارند؟ فرضیه بلع سلولهای کوچکتر و استفاده از آنها بعنوان اندامک یکی از بهترین راه‌ها برای پاسخگویی بدین پرسش است.
چالش بزرگ
روجر و همکارانش می‌خواستند نظریه‌ای پرطرفدار را آنهم صرفاْ از طریق بررسی آثار و نشانه‌های ژنتیکی هسته سلول تعدادی انگل انتخابی به چالش بکشند و این کار کوچکی نبود. علاوه بر این بایستی بخاطر داشت که میتوکندری برای اینکه بتواند کار خود را به خوبی انجام دهد، حداقل به چیزی در حدود ۷۰۰ الی ۱۰۰۰ ژن نیاز دارد که بین ۱۰ الی ۱۰۰ تای آنها در خود اندامک مذکور جای دارند و الباقی آنها در هسته سلول یا پروتئینهای موسوم به شیپ (Ship Protein) یافت می‌شوند. شبیه‌سازی سلولهای خون نشان داد که پروتئینهای موسوم به شیپ اساساً به شکل پروتئینهای تیروزین- فسفوریل (Tyrosine- Phosphoryl) هستند و کمبود آنها در سلولهای خونی می‌تواند منجر به تحریک‌پذیری حاد نسبت به فاکتورهای رشد شود و همین مساله بشدت مشکل‌ساز خواهد بود.
روجر و همکارانش در نهایت توانستند برخی از ژن‌های موجود در هسته انگل‌های تک‌سلولی مذکور را مورد مطالعه قرار دهند. مطالعات متعدد نشان داد که این انگل‌ها نیز در حقیقت بقایایی از اندامک میتوکندری را در خود دارند اما ظاهر آنها خیلی عجیب بود چرا که میتوکندری آنها در کل خیلی چروکیده و پیر به نظر می‌رسید.
سرشاخه‌های باستانی کاذب
میکروسپوردیا (Microspordia) یکی از انگل‌های تک‌سلولی بود که نه‌تنها در این آزمایش بلکه در یک تحقیق دیگر به دقت مورد بررسی قرار گرفت. زیست‌شناسان در نهایت موفق شدند که نشان دهند، عدم مطالعه دقیق یک ژن خاص باعث شده تا میکروسپوردیا (Microspordia) اشتباهاْ در یک سلسله دیگر طبقه‌بندی و جایگیر شود. کیلینگ می‌گوید که میکروسپوردیا از آن دست انگل‌های زننده و کریه است که اغلب بدان توجه نمی‌شود اما همین انگل ساده به شکل خارق‌العاده‌ای جالب توجه است. اسپور یا هاگ سفت و محکم آنها یک لوله مارپیچ در خود دارد. میکروسپوردیا برای آلوده کردن قربانی خود نخست محتویات این لوله مارپیچ را همچون شریانی با فشار وارد بدن میزبان می‌کند. طول این لوله مارپیچ ۱۰۰ برابر خود هاگ است. هسته سلولی این انگل و سایر اجزاء داخلی آن نیز دقیقاْ از طریق همین لوله نیزه مانند به بدن قربانی تزریق می‌شوند. علیرغم اینکه همه این تجهیزات پیشرفته برای آلوده‌سازی میزبان است اما در مجموع خود میکروسپوردیاها سلولهای ساده‌ای هستند و ژنوم آنها نیز به گفته کیلینگ خیلی خیلی خیلی کوچک است. یکی از ابهاماتی که همیشه در مورد اسپوردیاها مطرح بوده، این است که آنها را در رده مخلوقاتی با پیشینه تاریخی طبقه‌بندی کرده‌اند. در دهه ۹۰ م. (۱۳۶۹ الی ۱۳۷۹ ه.ش.) کیلینگ و همکارانش شواهدی را بدست آوردند که نشان می‌داد، میکروسپورها به بخش انتهایی درخت حیات یا همان بخشی که از آن تحت عنوان مخلوقات با پیشینه تاریخی طولانی یاد می‌شود، تعلق ندارند.
تحقیقات نشان داد که آنها در حقیقت قارچ‌های جدیدی هستند و از نظر متابولیکی نیز قابلیت تطبیق خوبی با محیط اطراف دارند. قبل از آنکه این طبقه‌بندی اشتباه مشخص شود، محققان بدین باور رسیده بودند که سادگی سلولهای میکروسپوردیاها نظر به پیچیدگی خصلت‌های آنها نمی‌تواند حاصل تکامل آنهم در خلال یک بازه زمانی طولانی باشد. اما بعد از آنکه مشخص شد میکروسپوردیاها علیرغم همه تکنیک‌های منحصربفرد و سبک زیستی خاص‌شان به سلسله قارچ‌ها تعلق دارند، آنگاه بیولوژیست‌ها تازه توانستند بفهمند که میکروسپوردیاها چه مخلوقات عجیبی هستند.
همین مساله این فرضیه را که آنها احتمالاً برخی دیگر از ویژگی‌های منحصربفردشان را در خلال زمان از دست داده‌اند، تقویت کرد. دکتر کیلینگ می‌گوید که دیدگاه زیست‌شناسان در مورد میکروسپوردیاها عملاً اشتباه بود و همین مساله باعث شد که جایگاه آنها در درخت حیات نیز غلط تعیین شود. دکتر سیمپسون می‌گوید: «همچنانکه شواهد و قراین این انگل‌های به ظاهر باستانی و تعدادی از خویشاوندان نزدیک آنها را از تخت به زیر کشید، تعدادی از محققان باهوش هم بودند که به این نتیجه رسیدند که درخت‌واره‌های حیات مولکولی هم عاری از خطا نیستند. در اینجا بود که مشکل به اندازه کافی بزرگ شد چرا که این احتمال بوجود آمد که حتی سرشاخه‌های عریض و طویل درخت حیات نیز می‌تواند اشتباه باشد.» حاصل کار هم در نهایت این شد که بسیاری از شاخه‌های اصلی درخت حیات در عمل دستخوش تغییراتی شگرفی شدند. از طرف دیگر تعدادی از شاخه‌های جوانتر نیز خیلی اتفاقی و بواسطه شباهتهایی با شاخه‌های قدیمی‌تر مرتبط شدند. تجزیه و تحلیل‌های ساده‌تر نشان داد که بسیاری از این شاخه‌های جوان اگر چنانچه کلی‌تر مورد بررسی قرار گیرند، بیشتر از حد تصور به ریشه درخت حیات نزدیک هستند.
مطالعات چندین ساله بر روی تک سلولیها نشان داد که عدم شناخت دقیق آنها منجر به تعاریف و باورهای اشتباهی شده که نمود اصلی‌اش را می‌توان در درخت حیات مشاهده کرد.
گروه‌های ارشد
دکتر کیلینگ می‌گوید: «تمامی چالش‌های پیش روی نخستین درخت حیات ژنتیکی، ما را در یک حالت آشفتگی و گیجی قرار داد. در نهایت روشن شد که تاریخچه و جایگاه همه یوکاریوتها (جاندارانی که سلولهای آنها غشاء و هسته واقعی دارد) نمی‌تواند تنها بر اساس یک ژن در درخت‌واره حیات مشخص و تعیین شود. کاری که ما انجام دادیم، بدین صورت بود که نخست همه اجزاء را از هم تفکیک و سپس همه آنها را به سر جای اصلی‌شان برگرداندیم. نتیجه اینکار هم بسیار متفاوت بود. در حقیقت بجای اینکه شاخه‌های طولانی و بلند داشته باشیم، ارگانیسم‌ها را در گروه‌های خیلی بزرگتر اما با تعداد کم‌تر جایگذاری کردیم.»
این طبقه‌بندی جدید که در سال ۲۰۱۲ م. (۱۳۹۱ ه.ش.) توسط سینا عادل (Sina Adl) از دانشگاه ساسکاچوان (Saskatchewan University) و همکارانش خلاصه و تهیه شد، در مجله معتبر میکروبیولوژی یوکاریوتیک (Eukaryotic Microbiology) چاپ شد و توانست تلفیقی ایده‌آل را از هم‌گرایی و واگرایی ارایه دهد. در این طبقه‌بندی جدید حیوانات بعنوان خویشاوندان نزدیک قارچ‌ها معرفی شده‌اند. هر دو آنها جزء پشت تاژکداران یا (Opisthokonts) هستند. پشت تاژکداران گروه بزرگی از یوکاریوتها هستند که شامل فرمانرو یا سلسله‌های بزرگ پیشین همچون جانوران و قارچ‌ها می‌شوند. این در حالی است که برخی از تک سلولیها نیز در این گروه و بعنوان خویشاوند جانداران و قارچ‌ها طبقه‌بندی شده‌اند. گیاه‌کش یا (Phytophthora) نام یک جنس (Genus)از فرمانرو یا سلسله یوکاریوتها موسوم به حبابچه‌داران رنگی (Chromalveolata) است که از آن با عنوان پاتوژن سیب‌زمینی هم یاد می‌شود. شهرت این جنس به نوعی مرهون دهه ۱۸۴۰ م. (۱۲۱۹ الی ۱۲۲۹ ه.ش.) است چرا که این جنس در آن زمان در کشور ایرلند چنان قحطی و خشکسالی بزرگی را رقم زد که هنوز از آن بعنوان خاطره‌ای تلخ یاد می‌شود. سابق بر این گیاه‌کش را در رده قارچ‌ها طبقه‌بندی می‌کردند اما تحقیقات نشان داد که این جنس خاص به هیچ‌وجه قارچ نیست بلکه در حقیقت به همان سرگروه کلپ‌های بزرگ تعلق دارد. کلپ‌های بزرگ یا غول کتانجک‌ها نیز به فرمانرو یا سلسله حبابچه‌داران رنگی تعلق دارند.
علیرغم فرضیات پیشین، امروزه ثابت شده است که علف‌های دریایی سبز و قرمز را دیگر نمی‌توان در این گروه‌ها طبقه‌بندی کرد بلکه باید آنها را جزو گیاهان و یک گروه مجزا موسوم گیاهیان (Archaeplastids) طبقه‌بندی کرد. تمامی گروه‌هایی که تا اینجا ذکر آنها رفت، گروه‌های بزرگ با تاریخچه طولانی هستند اما بر اساس تحقیقات انجام‌شده نمی‌توان آنها را فرمانرو یا سلسله دانست. روجر درباره آلیستر سیمپسون که در سال ۲۰۰۲ م. (۱۳۸۱ ه.ش.) مقاله‌ای را با کمک وی تهیه و در آن تعداد زیادی از سرگروه‌ها را معرفی کردند؛ می‌گوید: «همکار من آلیستر بشدت نسبت به اصطلاح سلسله یا فرمانرو حساسیت دارد. در حقیقت او به دنبال واژه‌ای می‌گردد که هیچ‌کس نتواند از آن بعنوان یک رده یا طبقه رسمی یاد کند. اصطلاح فرمانرو یا سلسله چنان جذابیتی دارد که اکثر افراد بر استفاده از آن پافشاری می‌کنند اما این گیرایی آنطور که باید از نظر علمی صحیح نیست. شاید بتوان اینطور گفت که زیست‌شناسان اصطلاح فرمانرو یا سلسله را بیشتر بر مبنای برداشت‌های شخصی خود تعریف کرده‌اند. اما آلیستر و بسیاری دیگر از طرفداران وی هنوز اطلاعات کافی را که بتواند آنها را قانع کند تا چیزی به نام سلسله یا فرمانرو را به رسمیت بشناسند، بدست نیاورده‌اند. آلیستر برای اینکه از یاوه و مهمل‌گویی اجتناب کند، از واژه سرگروه استفاده می‌کند. این عبارت به نوعی توصیف بسیار بهتری است چرا که در عین حال می‌تواند یادآور ابرگروه‌های مشهور نیز باشد.»
مطالعات ژنتیکی نشان داد که تنها بررسی یک ژن نمی‌تواند سند کافی برای جایگیری یک ارگانیسم را در یک طبقه خاص فراهم سازد.
دانشمندان پس از تحقیقات متعدد اکنون بدین جمع‌بندی رسیده‌اند که شباهتهایی میان چند سلولیها و تک سلولیها وجود دارد فرضاً شباهت‌های خرس پاندا بزرگ با قارچ‌ها و تک سلولیها در عین عجیب بودن، جالب است.
سرگروهی که هم‌نوعان خود را بلعیده
هر سرگروه زیستی داستان خاص خود را دارد. مورد پیشنهادی سیمپسون واحدهای بسیار شگفت‌انگیزی را پیشنهاد و ارایه کرده که می‌تواند در شناخت گروه‌های یوکاریوتی جدید نقش بسزایی داشته باشد بعنوان مثال در آن می‌توان آلگ یا جلبک‌هایی را با کلروفیل (C) سراغ گرفت. این مجموعه شامل یک گروه شلوغ است که اکثرشان ویژگی‌های مشترک خاصی با یکدیگر ندارند. ارگانیسم‌هایی که کلروفیل (C) دارند، در نگاه اول با یکدیگر متفاوت هستند لذا زیست‌شناسانی مثل کاوالیر و اسمیت (Cavalier-Smith) این فرضیه را مطرح کرده‌اند که احتمالاْ همه آنها از اجداد یک یوکاریوت اولیه هستند که یک یوکاریوت دیگر را بلعیده و درست به همین خاطر است که ارگان‌هایی با قابلیت فتوسنتز در آنها پدیدار شده. سیمپسون می‌گوید که این فرضیه یکی فرضیات قوی است که البته طرفداران بسیاری هم دارد. مطالعات نشان می‌دهد که بلع‌های متوالی یک جزء مهم از تاریخچه حیات یوکاریوتها است.
شواهد موید این است که یوکاریوت‌هایی که می‌بلعند، احتمالاْ خودشان در یک برهه زمانی دیگر بلعیده شده‌اند. کیلینگ می‌گوید که تاریخچه حیات یوکاریوتها چیزی شبیه عروسک‌های ماتریوشکا (Matryoshka) است. (یادآوری: عروسک‌های ماتریوشکا که در اصل عروسک‌هایی روسی هستند، عبارتند از تعدادی عروسک با ابعاد متفاوت که کوچک‌ترهای آن در درون بزرگ‌ترها جای داده می‌شوند. عروسک بزرگتر معمولاْ دو تکه است و با چرخاندن آن می‌توان بخش فوقانی را از بخش تحتانی جدا کرد و عروسک کوچکتر را در آن گذاشت.)
سیمپسون می‌گوید: «در حال حاضر پاره‌ای شواهد ژنتیکی در دست است که ۳ گروه بزرگ از یوکاریوتها را به یک جد بزرگ و قدیمی حاوی کلروفیل (C) مربوط می‌سازد. ناجورتاژکان یا (Stramenopiles) شاخه بزرگی از گیاهان یوکاریوتی هستند که به همراه کلپ‌های بزرگ و پاتوژن‌های سیب‌زمینی، به گروه‌های حبابچه‌داران (Alveolates) و ریزاریاها (Rhizaria) پیوسته‌اند. سرگروه‌های موسوم به حبابچه‌داران و ریزاریاها فاقد کلروفیل (C) هستند اما باز هم این مجموعه در یک گروه جای گرفته‌اند. از این مجموعه اغلب به صورت مخفف تحت عنوان سار (SAR) یاد می‌شود. سایر اعضایی که حاوی کلروفیل (C) هستند، هنوز تحت مطالعه قرار دارند در نتیجه فرضیه جسورانه‌ای که در بخش‌های فوق بدان اشاره شد، می تواند روزی به تحقق بپیوندد. سیمپسون در این‌باره می‌گوید: «این مساله واقعاً جالب است اما واقعیت این است که ما هنوز جواب قطعی آن را نمی‌دانیم.»
بلع‌های متوالی یک جزء مهم از تاریخچه حیات یوکاریوتها است. شواهد موید این است که یوکاریوت‌هایی که می‌بلعند، احتمالاْ خودشان در یک برهه زمانی دیگر بلعیده شده‌اند.
ژنتیک کلید حل معمای تک سلولیها
دانشمندان باور دارند که بسیاری از رموز یوکاریوتها می‌تواند از طریق کدیابی (DNA) حل شود اما این مساله مستلزم آن است که متخصصان ژنتیک بتوانند روشی برای رمزگشایی (DNA) یک تک سلولی پیدا کنند. مجله «طبیعت» یا (Nature) در سال ۲۰۱۳ م. (۱۳۹۲ ه.ش.) از این روش تحت عنوان روش سال یاد کرد. مجموع امکانات و احتمالاتی که این روش آنها را پشتیبانی می‌کند، به طور قطع برای بسیاری از دانشمندان تحریک‌کننده است چرا که گونه‌های تک سلولی جزو مواردی هستند که رشد و تکثیر آنها در محیط آزمایشگاه سخت و گاهی هم غیرممکن است.
روجر یکی از زیست‌شناسانی است که با عشق درباره رادیولاریاها (Radiolarias) صحبت و آنها را تشریح می‌کند. برخی از این پروتوزوآها یا تک یاخته‌ای‌ها اسکلت‌های استرونتیوم سولفات (Strontium Sulfate) را می‌سازند در حالی که برخی دیگر تکامل یافته‌اند که بتوانند از حیوانات چندسلولی تغذیه کنند. روجر می‌گوید: «همه آنها ارگانیسم‌هایی زیبا هستند اما یک مشکل اساسی این است که کار کردن بر روی آنها به راستی دشوار است.» مطالعه بر روی باکتری‌ها تا حدی به تعیین توالی ژنتیکی تک سلولیها کمک کرده است، از طرف دیگر مقالاتی اینجا و آنجا ارایه شده است که نتیجه کار بر روی یوکاریوتها را گزارش می‌کند. تکنیک مطالعه بر روی باکتری‌ها مشخص ساخت که یک فعل و انفعال شیمیایی بین باکتری‌های روده‌ای(Termite-gut Dweller) و باکتری‌های موسوم به اسپیروکت (Spirochete) وجود دارد. احتمالاْ این مساله می‌تواند تاریخچه حیات و تکامل آنها را بهتر نشان دهد. نتایج این تحقیق جالب در تاریخ ۱۵ ماه می در مجله معتبر «پیشرفت‌های آکادمی ملی علوم» یا (Proceeding of the National Academy of Science) به چاپ رسید.
گونه‌های تک سلولی جزو مواردی هستند که رشد و تکثیر آنها در محیط آزمایشگاه سخت و گاهی هم غیرممکن است.
راهکارهای عملی و فراتر از آن
بازسازی تمامی تاریخچه حیات مستلزم یکسری کارهای عملی است. کیلینگ در ابتدای کار خود بر روی یک کشف خارق‌العاده متمرکز شد. این کشف نشان داد که انگل‌های مالاریا در حقیقت بازمانده اندامک‌هایی هستند که در گذشته حاوی کلروفیل بوده‌اند. کیلینگ می‌گوید: «سوال اینجاست که چرا مالاریا کلروپلاست (اندامکی دارای سبزینه که در یاخته‌های گیاهی وجود دارد و انرژی فوتون‌های نوری را به مولکولهای شیمیایی تبدیل می‌کند) دارد در حالیکه مالاریا اغلب در تاریکی زیست می‌کند؟» محققی به نام لین ویلسون (Lain Wilson) نخستین کسی بود که این فرضیه را مطرح ساخت اما این فرد در بیان علت مساله به نوعی گمراه شد و مسایل مضحکی را مطرح ساخت. اما شواهد برای پاسخگویی به این سوال در خلال زمان رشد کرد و سبب گردید که دانشمندان امروزه بدین جمع‌بندی برسند که به طور قطع یک جزء خیلی کوچک در این انگل هست که متعلق به دوران زیست فتوسنتزی است. اما با این وجود هنوز مسایل بسیاری در هاله‌ای از ابهام قرار دارد. این یافته کمک می‌کند تا دانشمندان بتوانند کارآیی برخی از روش‌های درمانی پیشین مالاریا را تشریح کنند. داروها تاکنون بیشتر به کلروپلاست‌ها یا سبزینه حمله کرده‌اند و این مساله خود جای سوال دارد.
چرا مالاریا کلروپلاست دارد در حالیکه اغلب در تاریکی زیست می‌کند؟ دانشمندان امروزه بدین جمع‌بندی رسیده‌اند که به طور قطع یک جزء خیلی کوچک در این انگل هست که متعلق به دوران زیست فتوسنتزی است.
ابهاماتی که حل می‌شود و درختی که تغییر می‌کند
یک درخت حیات واقعی می‌تواند و باید تغییر کند چرا که دانشمندان به مرور زمان می‌توانند پاره‌ای از سوالات و ابهامات تکنیکی نظیر علت شکل‌گیری جنسیت‌های مختلف را در حیوانات پاسخ دهند. واقعیت مسلم این است که اکثر محققانی که وارد چنین پژوهش‌هایی می‌شوند، مدت زمان مدیدی از عمر خودشان را در این کار می‌گذارند چرا که دامنه تحقیق و مناظره در این عرصه خیلی فراخ است. هنوز هم بسیاری از دانشمندان عشق مفرطی برای مطالعه بر روی چند سلولیها دارند اما این مساله برای همه مصداق ندارد. سیمپسون و روجر به همراه فیلسوفی به نام مائورین اومالی (Maureen O’Malley) از دانشگاه سیدنی (University of Sydney) در یکی از مقالاتی که در سال ۲۰۱۳ م. (۱۳۹۲ ه.ش.) در مجله بیولوژی و فیلوسوفی (Biology and Phylosophy) چاپ شد، به این نکته اشاره کرده‌اند که اساس تفاوت جنسیت‌ها می‌بایست خیلی قبل‌تر از دوره پیدایش پرندگان، زنبورها و یا هر جاندار چند سلولی دیگری شکل گرفته باشد.
زادآوری متفاوت تک‌سلولی‌ها
لازمه تولیدمثل در ارگانیسم‌های تک سلولی، جنسیت نیست لذا می‌توان اینطور جمع‌بندی کرد که همیشه جنسیت نیست که تولد و زادآوری را سبب می‌شود. در دنیای تک سلولیها دو سلول مژک‌دار می‌توانند به صورت اتفاقی با یکدیگر برخورد کنند و ژن‌های خود را به اشتراک بگذارند اما باز هم دو سلول مجزا باقی بمانند. شجره یوکاریوتها را ارگانیسم‌های تک سلولی محدود می‌کنند، همان تک سلولی‌هایی که می‌توانند در اثر اختلاط با یکدیگر چند سلولیها را پدید آورند. اما هنوز دانشمندان نتوانسته‌اند به این سوال پاسخ دهند که چرا تولیدمثل چند سلولیها با جنسیت گره خورده است. کلینگ بعنوان یک زیست‌شناس به این نظریه که یوکاریوتها اصلی و کاربردی‌ترین جزء درخت حیات هستند، اعتراض دارد. از دید وی مردم از گیاهان و حیوانات تنها به خاطر خودشان لذت می‌برند. وی می‌گوید: «یک زرافه زندگی شما را نجات نخواهد داد اما باز هم اکثر مردم زرافه‌ها را دوست دارند.» کلینگ معتقد است که یوکاریوت‌های تک سلولی در نوع خود می‌توانند معجزه‌ای شبیه پارک ملی سرنگتی باشند فقط ابعاد و مقیاس آنها کوچکتر است.
کلینگ و همکارانش در تاریخ ۹ جولای (۱۸ تیرماه) در مقاله‌ای که در مجله نیچر چاپ شد، یادآور شدند که برخی از گونه‌ها ساختاری خاص دارند مثل چشم حیوانات که شاید بیشتر تداعی‌کننده دوربین باشد. برخی نظیر پوشش‌های خارجی میتوکندری، قرنیه‌مانند به نظر می‌رسند یا برخی مثل اندامک‌های جلبک‌های قرمز که نسبت به نور نیز حساسیت دارند، شبیه داخل یک استکان جلوه می‌کنند و به همین ترتیب. از طرف دیگر برخی از گونه‌های بزرگ موسوم به دینوفلاژلیت‌ها (Dinoflagellate) علیرغم داشتن یک پوسته سخت داخلی، توانایی شکار کردن هم دارند. آنها ساختار معده‌مانند خود را با فشار از سوراخ روی پوسته بدنشان به بیرون پرتاب کرده و می‌توانند ارگانیسم‌هایی بزرگتر از خود را شکار کرده و آنها را هضم کنند. برخی دیگر از تک سلولیها هم هستند که بصورت خیلی ظریف و استثنایی رشد می‌کنند. آنها غلاف‌های خارجی چند لایه خود را اتفاقی درمی‌آورند و این باعث می‌شود که گاه در برخی از سواحل می‌توان میلیون‌ها از آنها را که شبیه ستاره‌های مینیاتوری هستند، مشاهده کرد.
فابین بورکی (Fabien Burki) یکی از متخصصانی است که با کلینگ در دانشگاه بریتیش کلمبیا کار می‌کند، وی می‌گوید: «دانستن اینکه دنیای جاندار اطراف ما تا این اندازه تغییرات شگفت‌انگیز و خارق‌العاده دارد، می‌تواند دیدگاه هر انسانی را تغییر دهد.» سرگروه‌های درخت حیات این واقعیت را نشان می‌دهند که باکتری‌های هر لکه گوجه فرنگی یا حتی باکتری‌های روده و موجودات ریزمیکروسکوپی، همه و همه اشکالی از حیات هستند. حیاتی که بسیار متنوع‌تر و عجیب‌تر از آن چیزی است که ما تصور می‌کنیم. بورکی در خاتمه می‌افزاید: «کار ما درست شبیه کار ستاره‌شناسان است. ما نیز مثل آنها که تلاش می‌کنند ستاره‌ها و سیارات جدید را کشف کنند، درصدد هستیم تا رازهای حیات را کشف کنیم.»
یوکاریوت‌های تک سلولی در نوع خود می‌توانند معجزه‌ای شبیه پارک ملی سرنگتی باشند فقط ابعاد و مقیاس آنها کوچکتر است. اما باز هم گرایش ما انسان‌ها و علاقه‌مان به موجودات بزرگ نظیر زرافه بیشتر از تک سلولی‌هاست چرا که آنها را می‌بینیم اما این یک واقعیت است که فرضاْ یک زرافه زندگی ما را نجات نخواهد داد در حالیکه شناخت یک تک‌سلولی می‌تواند حتی از شناخت یک زرافه جالب‌تر هم باشد.
گزارش : فرناز حیدری/ کارشناس ارشد مهندسی محیط‌زیست
منابع:/ sciencenews /sciencemaggenesdev
No tags for this post.
