علماء يقومون بإعادة كتابة التاريخ التطوري للجهاز العصبي!

إعادة كتابة التاريخ التطوري للجهاز العصبي

لقد قامت دراسة جديدة بإعادة كتابة التاريخ التطوري للجهاز العصبي. ويكشف البحث، الذي نشر في (Proceedings of the National Academy of Sciences)، أن المكونات الهامة للجهاز العصبي، والمعروفة باسم القنوات الأيونية، كانت موجودة في الكائنات وحيدة الخلية قبل وقت طويل من ظهور الحيوانات الأولى. ولهذا الاكتشاف آثار مهمة على فهمنا لكيفية تطور الحياة على الأرض وقد يسلط الضوء على أسباب بعض الأمراض.

بقيادة تيموثي جيغلا، أستاذ علم الأحياء المساعد في كلية إيبرلي للعلوم في ولاية بنسلفانيا، كشف فريق البحث عن دليل على أن عائلة شاكر من القنوات الأيونية (The Shaker family of ion channels)، وهي ضرورية للإشارات الكهربائية في الجهاز العصبي، كانت موجودة في السوطيات الطوقية (choanoflagellates) منذ حوالي 600 مليون سنة. يتحدى هذا الاكتشاف وجهة النظر التقليدية القائلة بأن هذه القنوات الأيونية تطورت جنبًا إلى جنب مع تعقيد الجهاز العصبي. وبدلا من ذلك، فإنه يشير إلى أن هذه المكونات الحيوية كانت موجودة بالفعل، في انتظار أن تستخدمها الحيوانات الأولى.

محتويات المقال :

القنوات الأيونية

عندما نفكر في التطور، فإننا غالبًا ما نتخيل تقدمًا خطيًا من البسيط إلى المعقد. لكن الواقع أكثر دقة. ويعد تاريخ القنوات الأيونية، وهي المكونات الأساسية للجهاز العصبي، مثالًا رائعًا على ذلك. هذه البروتينات، التي تنظم تدفق الأيونات داخل وخارج الخلايا، موجودة في جميع الحيوانات، من البشر إلى ذباب الفاكهة. ومع ذلك، فإن تاريخهم التطوري أكثر تعقيدًا مما كان يعتقد في البداية.

القنوات الأيونية هي حراس البوابة الصغيرة للجهاز العصبي، حيث تنظم تدفق الجزيئات المشحونة التي تسمى الأيونات داخل وخارج الخلايا. تقوم هذه البروتينات، الموجودة في أغشية الخلايا، بتوليد إشارات كهربائية تشكل أساس الاتصال في الجهاز العصبي. هذه الرقصة الدقيقة للأيونات هي التي تمكن أدمغتنا من التفكير، وعضلاتنا من الحركة، وقلوبنا من النبض.

تنظم عائلة شاكر من القنوات الأيونية، على وجه التحديد، كيفية تدفق أيونات البوتاسيوم خارج الخلية لإنهاء الإشارات الكهربائية التي تسمى جهد الفعل (Action Potential). هذه العملية ضرورية للحفاظ على نظام عصبي صحي، وقد تم ربط التشوهات في هذه القنوات باضطرابات مثل الصرع وعدم انتظام ضربات القلب.

وبينما كان يُعتقد أنها مقتصرة على الحيوانات، اكتشف الباحثون الآن أن الجينات التي ترمز لهذه القنوات كانت موجودة في كائنات وحيدة الخلية تسمى السوطيات الطوقية، وهي أقرب الأقارب الحية للحيوانات.

الكشف عن التاريخ التطوري للقنوات الأيونية

في عالم القنوات الأيونية المعقد، تبرز عائلة واحدة لدورها الحاسم في إنهاء الإشارات الكهربائية في الجهاز العصبي: عائلة شاكر. لسنوات عديدة، اعتقد العلماء أن هذه العائلة من القنوات الأيونية تطورت في الحيوانات، على وجه التحديد لتتناسب مع تعقيد الجهاز العصبي. ومع ذلك، فقد قلبت دراسة رائدة هذه الفكرة رأسًا على عقب، وكشفت عن مفاجأة عمرها 600 مليون عام تعيد كتابة التاريخ التطوري لهذه المكونات المهمة.

ومن خلال تحليل جينات 21 نوعًا من السوطيات الطوقية، كشف الباحثون عن أدلة على وجود جينات عائلة شاكر في ثلاثة من هذه الأنواع، مما يتحدى الفهم التقليدي لتطور القناة الأيونية.

تشير النتائج إلى أن عائلة شاكر من القنوات الأيونية كانت موجودة في الكائنات المجهرية أحادية الخلية قبل وقت طويل من السلف المشترك لجميع الحيوانات، وبالتالي قبل نشأة الجهاز العصبي. وهذا يعني أن اللبنات الأساسية للجهاز العصبي كانت موجودة بالفعل لدى أسلافنا من الأوليات، قبل وقت طويل من تطور الجهاز العصبي ككل.

ووجد فريق البحث أن جينات عائلة شاكر في السوطيات الطوقية كانت أكثر ارتباطًا بالأنواع (Kv2)، و(Kv3)، و(Kv4)، والتي يُعتقد أنها تطورت لاحقًا. ومع ذلك، تكشف الدراسة أن هذه الأنواع الفرعية هي في الواقع الأقدم، مما يضيف إلى الأدلة التي تشير إلى وجود أنواع فرعية متعددة في قاعدة شجرة تطور الحيوانات.

ولهذا الاكتشاف آثار مهمة على فهمنا لتطور الجهاز العصبي. ويشير ذلك إلى أن الجينات الخاصة بالقنوات الشبيهة بـ (Kv2-4) قد فُقدت في الكائنات الحية التي تنحدر من المجموعات الحيوانية الأولى، مثل المشطيات (comb jellies). إن الحفاظ على هذه الجينات في السوطيات الطوقية يوفر نافذة على الماضي التطوري، مما يسمح لنا بإعادة بناء تاريخ تطور القنوات الأيونية.

الآثار المترتبة على المرض والعلاج

إن اكتشاف الجذور القديمة للجهاز العصبي له آثار بعيدة المدى تتجاوز مجرد إعادة كتابة التاريخ التطوري للقنوات الأيونية. لديه القدرة على إحداث ثورة في فهمنا لكيفية عمل الجهاز العصبي، والأهم من ذلك، كيف يمكننا علاج الأمراض المرتبطة بخلل في القنوات الأيونية.

يمكن أن تساعدنا هذا الاكتشاف في كشف أسرار الاضطرابات العصبية مثل الصرع وعدم انتظام ضربات القلب، والتي تنتج عن خلل في القنوات الأيونية. ومن خلال فهم كيفية تطور هذه القنوات، يمكننا الحصول على نظرة ثاقبة لوظيفتها وتطوير علاجات أكثر فعالية.

ولا تقتصر الآثار على علاج الأمراض فقط. يمكن لهذا الاكتشاف أيضًا أن يسلط الضوء على الأعمال المعقدة للجهاز العصبي، مما يمكننا من تطوير أدوية وعلاجات جديدة لتحسين نوعية حياتنا بشكل عام.

في جوهره، لا يقتصر هذا البحث الرائد على إعادة كتابة التاريخ التطوري للجهاز العصبي فحسب؛ بل يتعلق الأمر بكشف أسرار أجسادنا. وفهم اللغز المعقد للجهاز العصبي واستخدام تلك المعرفة لتحسين صحة الإنسان.