قام الباحثون برسم خريطة للشبكة العصبية للطيور، والتي تتحكم في الحركة المنسقة للأجنحة. ووجدوا أن الأساس التطوري لتطور قدرة رفرفة الأجنحة المنسقة والموحدة لدى الطيور تم إنشاؤه بفضل طفرة طبيعية تطورت في الجين الموجه، مما أدى إلى تطوير شبكة عصبية فريدة من نوعها.
ما هي الآلية التي تمنح الطيور القدرة على الطيران وكيف تطورت خلال التطور؟ كيف تمكنت الطيور من التكيف مع حركة جوية واحدة ومألوفة - ترفرف بجناحيها معًا؟ للتحرك في الفضاء، على الأرض، في الماء أو في الهواء، تحتاج إلى عضو مخصص ومحرك. وهكذا، فمثلا مثل السيارة التي تحتاج إلى عجلات ومحرك لتسييرها، فالإنسان مثلا يحتاج إلى عضو مخصص - الأرجل، ومحرك ينشط حركة الأرجل. يتكون المحرك الذي يحرك الأطراف من شبكة من الخلايا العصبية الموجودة في الحبل الشوكي. وفي الحيوانات التي تمشي على اثنين أو أربعة مثل القطط والفئران، ينشط المحرك نمط المشي - من اليسار إلى اليمين إلى اليسار والعياذ بالله. يتم المشي باستخدام الأرجل الأمامية والخلفية. حتى أن البشر يلوحون بأيديهم أثناء المشي السريع أو الجري بما يتوافق مع حركة أرجلهم، وهي حركة تساعدهم على التحرك بسرعة عبر الفضاء. إذا حاولت الركض مع تحريك يديك بسرعة بنفس الطريقة، معًا، وحاولت "الطيران" مثل الطائر، فمن المحتمل أن تتشوش وتسقط، أو على الأقل لن تتمكن من الركض بسرعة.
تختلف الطريقة التي تتحرك بها الطيور اختلافًا جوهريًا عن حركة معظم الزواحف والثدييات، على الرغم من أن الطيور تطورت من حيوانات تمشي مثل الزواحف والديناصورات. عند الطيران، تحرك الطيور أجنحتها معًا بينما تكون أرجلها ثابتة. عند المشي على الأرض، تمشي معظم الطيور على رجليها، مثل الإنسان، من اليسار إلى اليمين، مع تثبيت الأجنحة. لكي تطير، تم تطوير عضو خاص في الطيور وهو الأجنحة، وبالإضافة إلى ذلك تم تغيير المحرك الذي ينشط حركة الأجنحة، فهو ينشط حركة الرفرفة لكلا الجناحين معاًعلى عكس التنشيط المتناوب للأطراف في الحيوانات التي تمشي أو كما ذكرنا عندما يركض الإنسان.
ينظم الجين المشي في الثدييات
أظهرت الدراسات التي أجريت على الثدييات رباعية الأرجل - القطط والجرذان والفئران - منذ بداية القرن العشرين، أن المحرك العصبي الذي يولد المشية ينشط الساق في أحد جانبي الجسم، بالتنسيق مع إسكات نشاط الساق في الجانب المقابل. من الجسم. إن نشاط التنشيط أو الإسكات هذا مشروط بالطريقة التي ترتبط بها الخلايا العصبية في الحبل الشوكي. أثناء التطور الجنيني، تنمو الامتدادات العصبية، التي تسمى المحاور، بطريقة مبرمجة وراثيا إلى أهدافها المقصودة. تقوم جزيئات التوجيه، التي تعمل كنقاط طريق في مسار النمو، بتوجيه المحاور إلى وجهاتها. تم توضيح أهمية جزيئات التوجيه في بناء الشبكة الطبيعية سابقًا في دراسة رائدة أجراها عالم الأحياء العصبية البروفيسور رويديجر كلين من معهد ماكس بلانك الألماني، والتي تبين فيها أن طفرة في جزيء التوجيه إفرين-B20 تغير طريقة سير الفئران من المشي إلى القفز. وتسبب النقص في الجزيء في حدوث نوع من القصور في الشبكة العصبية للمحرك، وتغيرت حركته من المشي إلى تحريك ساقيه معًا.
في دراسة جديدة نشرت في مجلة Science Advances المرموقة، جاءت نتيجة التعاون بين مجموعة بحثية بقيادة البروفيسور أفيهو كيلر من كلية الطب في الجامعة العبرية والبروفيسور كلاوديو ميلو من جامعة أوريغون في بورتلاند، بتمويل من قبل المؤسسة الثنائية الوطنية الإسرائيلية الأمريكية، افترض الباحثون أنه من الممكن أن يكون فقدان نشاط نفس العلامة الجزيئية من خلال الإيفرين-B3 في الطيور، قد تسبب في تطوير شبكة عصبية جديدة، والتي تمتد عبر الحركة المنسقة للأجنحة. ركزت رسالة الدكتوراه للمؤلف الأول، الدكتور باروخ هايمسون، بمشاركة طلاب البحث رعوت سودكويتز وأورين مئير وزميل البحث الدكتور جاريد ألبيرج من الجامعة العبرية، على توصيف نشاط بروتين الطيور ودراسة بنية الشبكة. المحرك العصبي في الحبل الشوكي لأجنة الدجاج. وأظهر فحص تسلسل الجينوم لدى العديد من الطيور أن الجين الذي يشفر جزيء التوجيه إفرين-B3 يختلف جوهريا عن جين الزواحف والثدييات، بشكل يلغي نشاطه كعلامة طريق. وفي بعض الطيور، مثل الدجاج وطيوره، يكون الجين مفقودًا تمامًا. أظهرت مقارنة تشريحية دقيقة للشبكة العصبية في الحبل الشوكي بين أجنة الدجاج وأجنة الفئران أن كثافة الخلايا العصبية في الحبل الشوكي لمنطقة الجناح (حركة موحدة) تشبه كثافة الفأر مع حدوث طفرة في الجين الذي يشفر الإيفرين-B3 والذي يسير بنمط القفز (حركة الأطراف الموحدة). تعزز هذه النتائج الافتراض القائل بأن التغيرات، أثناء التطور، في بنية الجين الذي يشفر جزيء التوجيه، تسببت في تطوير شبكة عصبية تنشط نموذج الحركة المنسقة المعروف برفرفة الأجنحة..
فأر أم دجاجة؟
ولاختبار هذه الفرضية، أعاد الباحثون الجين المفقود - إفرين-B3 إلى أجنة الدجاج. تسبب الإدخال الجيني للجين الأصلي من أصل الفئران، مباشرة في الحبل الشوكي للدجاج، في حدوث تغيير تشريحي في الشبكة العصبية في الحبل الشوكي لأجنة الدجاج. لقد تغيرت شبكية العين إلى شبكية مشابهة لشبكية الفأر العادي، حيث تدعم المشي بدلاً من حركة الجناح. وكيف تتحرك أجنحة الكتاكيت بعد الفقس؟ وتهدف الدراسات المستقبلية في المختبر، والتي تتطلب تطوير أدوات وراثية جديدة، إلى حل وفك رموز هذا السؤال الرائع.
ومن البديهي أن الطريقة التي يتم بها اكتساب الميزات الجديدة هي الحصول على أدوات جديدة لم تكن موجودة من قبل. على سبيل المثال، تطورت أجنحة الطيور من خلال إطالة الأطراف العلوية ونمو الريش الطويل. وفي هذه الدراسة، أظهر الباحثون أن اكتساب ميزة جديدة - وهي الطريقة التي تتحرك بها الطيور بأجنحةها - حدث في التطور من خلال فقدان نشاط البروتين. التفسير المحتمل هو أن القدرة على تحريك الأطراف معًا موجودة أيضًا في الحيوانات التي تمشي، وبالنسبة للبصر - إذا أردنا يمكننا التحرك. ولحسن الحظ، فإن الشبكة العصبية التي تتحكم في المشي هي الأكثر هيمنة، وطالما أنها لم تتضرر، فلن يضطر الإنسان إلى أن يجد نفسه يقفز طوال اليوم بدلاً من المشي.
ويختتم البروفيسور كيلر قائلاً: "يثير البحث العديد من الأسئلة المتعلقة بأنماط الحركة المتنوعة للطيور والحيوانات الأخرى، من بينها - كيف تجمع الطيور بين الطيران والمشي؟ لماذا لم يؤثر فقدان نشاط البروتين ephrin-B3 على قدرة الطيور على المشي؟ لماذا تتحرك بعض الطيور على الأرض قفزات مثل العصافير؟ هل تطورت آلية مماثلة لدى الخفافيش أو الحيوانات القافزة مثل الكنغر؟ ونأمل أن تتمكن الدراسات الإضافية التي سيتم إجراؤها في المستقبل من الإجابة على هذه الأسئلة".
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
تعليقات 2
ألا يستحق الأمر فحص الجينات التي تنشط حركة الكنغر؟ أو الجنادب؟
أعتقد أنه يجب على الباحثين أن يسألوا قارعي الطبول عن كيفية ممارسة كل شيء بدءًا من الممارسة الجيدة.
رأيي أن هذه القدرات مكتسبة وليست فطرية.