وفي التحصينات البحرية، يتم استخراج العناصر المعدنية من مياه البحر. في أجنة البشر والثدييات الأخرى، يتم توفير المعادن، التي تأتي من الطعام، عن طريق دم الأم.
تخيل موقع بناء تحت الماء: يتم نقل كتل البناء العائمة إلى المساحة التي تم بناء السقالات فيها. هذه هي الطريقة التي يتشكل بها الهيكل العظمي والهياكل المعدنية الأخرى في أجنة العديد من الحيوانات. وفي التحصينات البحرية، يتم استخراج العناصر المعدنية من مياه البحر. في أجنة البشر والثدييات الأخرى، يتم توفير المعادن، التي تأتي من الطعام، عن طريق دم الأم.
تابعت مجموعة بحثية، بقيادة علماء معهد وايزمان للعلوم، المراحل الأولى من بناء الهيكل العظمي، بدءًا من لحظة الإخصاب، في أجنة قنفذ البحر الحية. وكما ورد مؤخرًا في مجلة الأكاديمية الوطنية للعلوم بالولايات المتحدة الأمريكية (PNAS)، فقد توصلوا إلى رؤى مدهشة حول هذه العملية المعقدة.
ومن أجل تجميع كمية كافية من المعادن، يحتاج جنين قنفذ البحر، الذي يعادل حجمه سمك شعرة الإنسان، إلى استخدام كل الكالسيوم الذي يحتوي على كمية من الماء حجمها أكبر بمئات المرات من حجمه . لعقود من الزمن، اعتقد العلماء أن تراكم الكالسيوم المستخرج من الماء وبناء الهيكل العظمي يتم فقط بواسطة خلايا متخصصة للجنين. لكن في الدراسة الجديدة، التي تابع فيها العلماء تطور أجنة قنفذ البحر في الماء الذي يحتوي على أيونات الكالسيوم الموسومة بصبغة الفلورسنت الخضراء، اندهشوا عندما اكتشفوا أن الجنين بأكمله تحول بسرعة إلى اللون الأخضر. يبدو أن كل خلية من خلايا الجنين تراكمت عليها أيونات الكالسيوم.
للتأكد من أن هذا الاكتشاف لم يتم التوصل إليه بالصدفة أثناء القياسات، قام العلماء بتصوير التوزيع الواسع للكالسيوم بالفيديو باستخدام العديد من التقنيات المتقدمة: بالإضافة إلى مراقبة الأجنة الحية باستخدام المجهر الضوئي، قاموا بدراسة عينات الأجنة المجمدة باستخدام مسح إلكتروني مجهر. علاوة على ذلك، استخدموا أحدث التقنيات التي تم تطويرها في إسرائيل، والتي تجمع بين المجهر الفلوري، ورسم خرائط العناصر الكيميائية، والمجهر الإلكتروني الماسح، الذي يسمح برؤية العينات في الهواء العادي بدلاً من الفراغ. أجرى البحث البروفيسور ليا آدي، والبروفيسور ستيفن وينر، وطالبة البحث نيتا فيدافسكي، من قسم البيولوجيا الهيكلية في المعهد، بالتعاون مع خريج المعهد الدكتور سيفي عدي، من شركة B-. نانو المحدودة، والدكتورة يوليا محاميد، خريجة المعهد التي تعنى اليوم بالأبحاث في ألمانيا، والدكتور إيل شمعوني من قسم البنى التحتية للبحوث الكيميائية في المعهد، وديفيد بن عزرا والبروفيسور موكي شبيجل من الشركة "استكشاف البحار والبحيرات لإسرائيل" في إيلات.
بالإضافة إلى ذلك، اكتشف في البحث أنه عندما تدخل كربونات الكالسيوم إلى خلايا الجنين، فإنها تشكل حبيبات مكونة من كرات نانوية. يعد هذا الهيكل نموذجيًا للعديد من المعادن غير المتبلورة، ويُعرف بأنه مرحلة وسيطة في بناء الأنسجة الهيكلية في قنافذ البحر، كما اكتشف البروفيسور وينر والبروفيسور آدي منذ أكثر من عقد من الزمن. الآن كشف البحث أن الحبوب محفوظة داخل الحويصلات.
وتشير النتائج إلى اتجاهات بحثية جديدة فيما يتعلق بتكوين الهيكل العظمي في مجموعة متنوعة من الكائنات الحية، بما في ذلك البشر. إن حقيقة تعبئة الجنين بأكمله لبناء الهيكل العظمي في قنفذ البحر تشير إلى أنه، خلافًا للرأي السائد، حتى في البشر، فإن خلايا أخرى، إلى جانب الخلايا المتخصصة، تسمى الخلايا العظمية، قد تشارك في بناء العظام والأسنان. علاوة على ذلك، فمن الممكن أن يكون التخزين المؤقت لكربونات الكالسيوم في الحويصلات موجودًا أيضًا في كائنات أخرى، إلى جانب قنافذ البحر.
صورة بالمجهر الإلكتروني الماسح: جنين قنفذ البحر متجمد يحتوي على عدد كبير من الحويصلات داخل الخلايا
تعتبر دراسة هذه الآليات ذات أهمية كبيرة لفهم أفضل لعمليات التمعدن البيولوجي. قد يكون هذا الفهم ضروريًا للدراسات المستقبلية حول الأمراض المختلفة والمشاكل الهيكلية للعظام والأسنان.
للمقالات السابقة حول هذا الموضوع:
