كيف شكّلت المفاصل المرنة في الأسماك القديمة حركة البشر؟

درس العلماء الأسماك الغضروفية الحديثة، مثل أسماك القرش وأسماك الزلاجات. وقارنوها بنظيراتها عديمة الفك، مثل الجلكيات. واكتشفوا أن المفاصل الزليلية (وهي هياكل مجوفة توجد في معظم الفقاريات) ظهرت لأول مرة في أسلاف الأسماك القديمة الفكية. تدعم الأدلة الأحفورية أيضًا هذا الجدول الزمني. حيث تم التعرف على أقدم مفصل زليلي معروف في سمكة قديمة تسمى بوتريوليبيس.

كما يمكن إرجاع التصميم المرن والقوي لمفاصلنا إلى أسلافنا الأوائل من الأسماك الفكية. ووفقًا لدراسة نُشرت الأسبوع الماضي في مجلة PLOS Biology. والتي أجرتها نيليما شارما من جامعة شيكاغو وزملاؤها. تسمح المفاصل الزليلية، الموجودة في معظم الفقاريات. بالحركة السلسة وزيادة الثبات عن طريق تمكين العظام أو الغضاريف من الانزلاق فوق بعضها البعض داخل تجويف مشحم. وتوجد هذه المفاصل في كل من الفقاريات الأرضية والأسماك العظمية. مما يشير إلى أنها نشأت في أسلافها المشتركين. ومع ذلك، فإن النقطة الدقيقة في تطور الفقاريات عندما ظهرت المفاصل الزليلية لأول مرة ظلت غير مؤكدة.

 مخطط المفاصل المتحركة في الأسماك القديمة

يُعد التصميم المعقد لمفاصلنا، القادرة على الثني والتحرك بسهولة ملحوظة، ذو جذورًا متأصلة. في الأماكن غير المتوقعة. ومن الصعب أن نتخيل أن نفس المفاصل التي تسمح لنا بثني مرفقنا تعود أصولها إلى الماضي البعيد. عندما كانت الأسماك لا تزال تتطور لتهيمن على العالم المائي. وهذا هو بالضبط ما اكتشفه العلماء.

بدأت القصة بتطور الأسماك، وتحديدًا تطور الفكين. وتمكنت الأسماك الفكية، مثل أسماك القرش. من استغلال مصادر غذائية واحتلال بيئات جديدة، مما أدى إلى تنوعها السريع. ولكن ماذا عن الأسماك عديمة الفك السابقة. مثل الجلكيات؟ كيف استطاعوا التحرك والبقاء على قيد الحياة دون أنظمة المفاصل المتقدمة التي نراها في الأسماك الفكية؟

لقد وجد الباحثون أن المفاصل الزليلية، وهي التجاويف المزلقة التي تمكن العظام أو الغضاريف من الانزلاق فوق بعضها البعض. ظهرت لأول مرة في أسلاف الأسماك الفكية. وهذا ليس بالأمر الهين، لأنه يمثل معلمًا رئيسيًا في تطور الهياكل العظمية للفقاريات. وبدون هذه المفاصل، ستكون هياكلنا العظمية قاسية وغير متحركة، وغير قادرة على أداء حتى أبسط الحركات.

الكشف عن الجذور التاريخية للمفاصل الزليلية

يمثل اكتشاف المفاصل الزليلية لدى أسلاف الأسماك الفكية علامة بارزة في فهم تطور الهياكل العظمية للفقاريات. ولكن لماذا تعتبر هذه النتيجة بالغة الأهمية، وما الذي يجعلها تغير قواعد اللعبة في مجال علم الأحياء التطوري؟

ولتقدير أهمية هذا الاكتشاف، دعونا نتعمق في السياق التاريخي للتطور المشترك. فقد كانت أقدم الفقاريات المعروفة، مثل سمك الجريث، تفتقر إلى الفك وكان لديها نظام هيكلي أكثر بدائية. كما كانت هذه المخلوقات القديمة محدودة في قدرتها على الحركة والتغذية، وكانت تعتمد على الشفط والإمساك للقبض على الفريسة.

ويُعد اكتشاف المفاصل الزليلية لدى أسلاف الأسماك الفكية ضرورة قصوى لسد فجوة حرجة في فهمنا لتطور الفقاريات. إذ أنه يسلط الضوء على أهمية التطور المشترك في تمكين الانتقال من الأسماك البدائية عديمة الفك إلى الفقاريات الفكية الأكثر تقدمًا. وذلك من خلال الكشف عن الجذور التاريخية للمفاصل الزليلية. كما يمكن للعلماء الآن استكشاف العلاقات المعقدة بين تطور المفاصل، والهندسة الهيكلية.

كشف سر التطور المشترك في الأسماك القديمة

للكشف عن أسرار التطور المشترك في الأسماك القديمة، استخدمت شارما وفريقها مزيجًا من التقنيات المتطورة. إذ بدأوا بدراسة تشريح المفاصل وتطور سلالتين مبكرتين من الفقاريات: جلكى البحر، وهي سمكة عديمة الفك، وقرش الخيزران والسمك الصغير، وكلاهما من الأسماك الغضروفية. ومن خلال مقارنة الهياكل المشتركة وعمليات النمو لهذه الأنواع، هدف الباحثون إلى تحديد أوجه التشابه والاختلاف الرئيسية التي يمكن أن تلقي الضوء على أصول المفاصل المتحركة.

وكشف تحليل الفريق عن اختلاف مذهل بين سمك الجلكى والأسماك الغضروفية. في حين أن مفاصل الجلكى كانت أبسط وأكثر صلابة، فإن الأسماك الغضروفية كانت تحتوي على مفاصل مجوفة، وهي مساحات مملوءة بالسوائل تعزز القدرة على الحركة. ويشير هذا إلى أن الأخيرة كانت أكثر ارتباطًا بالمفاصل الزليلية الموجودة في الفقاريات الحديثة. ولكن كيف تطورت هذه المفاصل المجوفة، وما هو الشيء المشترك بينها وبين المفاصل الزليلية؟

للإجابة على هذه الأسئلة، لجأ الباحثون إلى التصوير المقطعي عالي الدقة، مما سمح لهم بتصور الهياكل الداخلية للحفريات بتفاصيل غير مسبوقة. ومن خلال تحليل البقايا المتحجرة لسمكة بوتريوليبيس، اكتشفوا مفصلًا مجوفًا مشابهًا، وهو أقدم مثال معروف للمفصل الزليلي. قدمت هذه النتيجة أدلة دامغة على أن المفاصل الزليلية تطورت لأول مرة في أسلاف الفقاريات الفكية.

ومن خلال تجميع هذه القرائن معًا، تمكنت شارما وفريقها من إعادة بناء التاريخ التطوري للمفاصل المتحركة في الأسماك. ووجدوا أن العمليات التطورية المسؤولة عن هذه المفاصل نشأت في أعماق شجرة تطور الأسماك، مما سمح للأسماك المبكرة بالتحرك والتغذية بطرق جديدة.

النتائج الرئيسية: المفاصل المجوفة والبروتينات المشتركة

أدى التحليل المقارن الذي أجراه فريق البحث للأسماك الغضروفية، مثل أسماك القرش، والأسماك عديمة الفك، مثل الجلكيات، إلى العديد من الاكتشافات المهمة. ومن أهم النتائج وجود مفاصل مجوفة في الأسماك الغضروفية، والتي تتميز بمساحات مملوءة بالسوائل تعزز القدرة على الحركة.

وكان الاكتشاف الرئيسي الآخر هو البروتين المشترك بين الأسماك الغضروفية والمفاصل الزليلية في الفقاريات الأخرى. وهذا يعني أن العمليات التطورية المسؤولة عن تكوين المفاصل الزليلية يتم الحفاظ عليها عبر الأنواع المختلفة. بما في ذلك البشر. كما يوفر تحديد هذه البروتينات المشتركة رابطًا جزيئيًا بين تشريح المفاصل للأسماك القديمة والفقاريات الحديثة. مما يدعم فكرة أن مفاصلنا المرنة نشأت في أسلافنا من الأسماك.

ووجد الباحثون أيضًا أن السمكة المتحجرة بوتريوليبيس، والتي يعود تاريخها إلى ما يقرب من 400 مليون سنة. أظهرت مفاصل مجوفة مماثلة لتلك الموجودة في الأسماك الغضروفية الحديثة. ويعزز هذا الدليل القديم فكرة أن المفاصل الزليلية ظهرت لأول مرة في أسلاف الفقاريات الفكية. مما يضع الأساس لتصميم المفصل المرن والقوي الذي يميز الفقاريات الحديثة، بما في ذلك البشر. 

مستقبل المفاصل المتنقلة

تكمن أهمية اكتشاف المفاصل المرنة لدى أسلافنا من الأسماك القديمة في أنّ له آثار بعيدة المدى على فهمنا لحركة الإنسان. وصحة الهيكل العظمي. وبينما نواصل كشف أسرار تطور المفاصل. قد نكتشف طرقًا جديدة لتحسين وظيفة المفاصل وتخفيف الحالات المنهكة مثل التهاب المفاصل.

تخيل مستقبلًا يتم فيه تصميم الأطراف الصناعية بنفس المرونة والثبات التي تتمتع بها مفاصلنا الطبيعية. مما يسمح لمبتوري الأطراف بالتحرك بسهولة وثقة أكبر. أو تخيل عالمًا يستطيع فيه الجراحون إصلاح المفاصل التالفة بدقة. باستخدام مواد حيوية تحاكي التجاويف المشحمة الموجودة في المفاصل الزليلية.

تُعد التطبيقات المحتملة لهذا البحث واسعة ومتنوعة. وبينما نواصل استكشاف الأصول القديمة لمفاصلنا المرنة. قد نكتشف أسرارًا جديدة لتحسين القدرة على الحركة البشرية وتحسين نوعية حياتنا بشكل عام. فمُستقبل المفاصل المتحركة مشرق. ويعود الفضل في ذلك إلى البدايات المتواضعة لأسلافنا من الأسماك.

المصادر:

scitechdaily.com