في الجامعة العبرية وبدعم من منحة من المؤسسة الوطنية للعلوم، يبحث البحث في أجنة سمك الزيبرا كيف أن تغير درجة الحرارة "يغير سرعة" النمو، وما هي عمليات الحمض النووي الريبي التي تبقى بنسب ثابتة بين الأنواع، وكيف تكشف الظروف القاسية عن الحساسيات الجينية الخفية.
تقول الدكتورة ميخال رباني، من قسم علم الوراثة في معهد ألكسندر سيلفرمان لعلوم الحياة بالجامعة العبرية: "في الساعات الأولى بعد الإخصاب، يعتمد الجنين على المواد التي يتلقاها من الأم". وتشمل هذه المواد جزيئات الحمض النووي الريبوزي (RNA) التي تُحمّلها الأم مسبقًا في البويضة. ويُشبه الحمض النووي الريبوزي الأمومي مجموعة مؤقتة من التعليمات، إذ يُفعّل العمليات الأولى حتى قبل أن يبدأ الجنين بإنتاج حمضه النووي الريبوزي الخاص.
الانتقال إلى الاستقلال عن الأم
ثم تأتي لحظة حاسمة. لمواصلة النمو، يجب على الجنين الانتقال من إدارة الأم إلى الإدارة الذاتية: تنشيط جينومه، وفي الوقت نفسه تفكيك الحمض النووي الريبوزي (RNA) الذي ورثه من الأم. يقول رباني: "لكي يستمر النمو بعد الساعات الأولى، يحتاج الجنين إلى السيطرة على العملية، وللقيام بذلك، يحتاج إلى تفكيك المعلومات التي ورثها من الأم".
يدرس مختبر رباني، بتمويل من المؤسسة الوطنية للعلوم، هذا التحول في أجنة سمك الزيبرا. إنه نظام ملائم للغاية: تتطور الأجنة خارج جسم الأم، داخل بيض شفاف، والجنين نفسه شفاف أيضًا. يسهل رؤية ما يحدث، وهناك عدد كبير من البيض في كل دفعة، مما يسمح بإجراء تجارب دقيقة على مجموعات كبيرة.
السؤال هو: ما هي العمليات في المراحل المبكرة من الحياة التي تتأثر بالتغيرات البيئية، وما هي الآليات التي تحافظ على الاستقرار؟
قوانين إيقاعية مثيرة للدهشة حتى عندما يتقدم كل نوع بسرعة مختلفة
يتمثل الابتكار الأول في هذه الدراسة في وجهة النظر. فبدلاً من الاكتفاء بالسؤال عن "متى" يتحلل الحمض النووي الريبوزي (RNA) للأم في الجنين، درس الباحثون "كيفية الحفاظ على العلاقات بين عمليات التحلل". وقارنوا بين أنواع مختلفة - البشر والفئران والأسماك والضفادع - واكتشفوا نمطًا ثابتًا على الرغم من الاختلافات الكبيرة في سرعة النمو. يقول رباني: "إذا كان هناك جزيء من الحمض النووي الريبوزي (RNA) يتحلل أسرع بمرتين من جزيء آخر في السمكة، فإن العلاقة نفسها تبقى قائمة في البشر والفئران والضفادع".
ببساطة: إذا تخيلنا التطور كفيلم، ففي سمكة الزيبرا يسير الفيلم بسرعة، بينما يسير ببطء في الإنسان. لكن العلاقات بين المشاهد تبقى محفوظة. يمكن تمديد العملية برمتها وضغطها دون تغيير الترتيب النسبي للأحداث. يشير هذا إلى وجود مبادئ تحكم أساسية تنظم بداية الحياة.
وهنا يأتي دور الجانب الحسابي أيضًا: لمقارنة العمليات بين الأنواع والظروف، هناك حاجة إلى تحليل البيانات المنهجي، ويقوم المختبر بدمج الأساليب التجريبية مع الأدوات الحسابية لتحليل المعلومات الوراثية.
تجربة تُغير سرعة المحرك – وتكشف عن العطل
الابتكار الثاني هو طريقة لاختبار "قوانين الإيقاع" داخل النوع نفسه. أسماك الزيبرا ليست من ذوات الدم الحار، لذا يمكن التحكم في معدل نموها عن طريق درجة الحرارة. في نطاق 22-34 درجة مئوية، يمكن للأجنة أن تنمو لتصبح أسماكًا طبيعية، لكن السرعة تختلف اختلافًا كبيرًا. عند 22 درجة، يكون النمو أبطأ بمرتين تقريبًا منه عند 34 درجة.
في معظم الحالات، عندما يتباطأ النمو، يتباطأ تحلل الحمض النووي الريبوزي الأمومي تبعًا لذلك، وعندما يتسارع، يتسارع أيضًا. لكن ليس دائمًا. فقد اكتشف المختبر حالات لا تتزامن فيها بعض العمليات الجزيئية تمامًا مع تغير الوتيرة. أي أن هناك مكونات في النظام لا تتكيف بسهولة.
إذا تخيلنا التطور كفيلم، فإن الفيلم في سمكة الزيبرا "يسير بسرعة"، وفي البشر "يسير ببطء". لكن العلاقات بين المشاهد تبقى قائمة.
أداة للكشف عن العيوب في الأجنة
الابتكار الثالث هو تحويل هذا إلى أداة للاكتشاف. في الأجنة الطبيعية، حتى مع تغير معدل النمو، نحصل في النهاية على سمكة طبيعية. لكن عندما أدخل الباحثون طفرات جينية مُهندسة في مكونات تؤثر على استقرار الحمض النووي الريبوزي (RNA)، تغيرت الصورة: عند درجة حرارة 28 درجة مئوية، بدا كل شيء طبيعيًا، ولكن عند درجات الحرارة القصوى، بدأت مشاكل النمو بالظهور. هكذا تُكشف "الحساسيات الصامتة" - وهي طفرات جينية غير ملحوظة في الظروف الطبيعية، ولكنها تصبح ذات أهمية عندما يدفع المحيط النظام إلى أقصى حدوده.
يُعدّ نموذج سمكة الزيبرا نموذجًا واضحًا لتفاعلات الجينات مع البيئة. أما في البشر، فلا تُشكّل درجة الحرارة العامل الرئيسي، ولكن السؤال المطروح هو: ما هي العمليات الحيوية في المراحل المبكرة من الحياة التي تتأثر بالتغيرات البيئية، وما هي الآليات التي تحافظ على استقرارها؟ يُشير رباني إلى أن المراحل المقابلة في البشر تحدث قبل انغراس البويضة المخصبة، عندما يكون الجنين لا يزال خارج الرحم، ولذلك تكتسب الظروف البيئية أهمية خاصة. على المدى البعيد، قد يُساعد الفهم الدقيق للنقاط الحساسة في تحديد الظروف المثلى في مختلف الأنظمة، بدءًا من تربية الأسماك وصولًا إلى بيئات المختبرات في المراحل المبكرة من النمو.
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
