الشوك والقنافذ (في مياه البحر)

اكتشف علماء من معهد وايزمان أن الخلايا الجنينية لقنافذ البحر "تمتص" قطرات من مياه البحر بداخلها، وبهذه الطريقة تدخل إلى خلاياها الكالسيوم اللازم لبناء عمودها الفقري. وهذا يتعارض مع النظرية المقبولة التي تقول بأن الخلايا تمتص الكالسيوم فقط من خلال قنوات خاصة في غشاء الخلية. 

كيف تحصل قنافذ البحر على الكالسيوم الذي تحتاجه لبناء عمودها الفقري؟ كان هذا السؤال في قلب م الذي قيمته البروفيسور ليا إيدي וالبروفيسور ستيف وينر، من قسم البيولوجيا الهيكلية في معهد وايزمان للعلوم، بالتعاون مع طالبة البحث السابقة في الاثنين، الدكتورة نيتا فيدافسكي. والنتيجة التي تم التوصل إليها - وهي أن قنافذ البحر تستخرج كمية الكالسيوم التي تحتاجها مباشرة من مياه البحر - فاجأت العلماء. "هذا الاكتشاف قد يغير الطريقة التي ينظر بها العلماء إلى عملية التمعدن الحيوي (العملية التي تنتج فيها الكائنات الحية الهياكل المعدنية، مثل عظام الجسم)."

وفي دراسة سابقة على قنافذ البحر، اكتشف العلماء أن قنافذ البحر تبني أشواكها من حزم صغيرة من المعادن "غير المنظمة"، والتي عند وضعها في مكانها، تتصلب إلى بلورة. يقول البروفيسور آدي: "ثم أخذنا خطوة إلى الوراء، وسألنا أنفسنا: كيف تحصل قنافذ البحر على أيونات الكالسيوم التي تحتاجها لتكوين هذه المادة؟" ويضيف البروفيسور وينر: "يوجد الكالسيوم في مياه البحر في المياه المنخفضة. التركيزات، لذلك أدركنا أن الطريقة التي تستخدمها قنافذ البحر لاستخلاص أيونات الكالسيوم من الماء لا بد أن تكون فعالة للغاية."

للإجابة على سؤال البحث، احتاج العلماء إلى تقنية تسمح لهم بمراقبة خلايا القنافذ "كما هي"، أي في ظروف أقرب ما يمكن إلى ظروف معيشتهم في البرية. وقد ساعدهم في ذلك شخصان: الدكتور أندرياس شيرتل من شركة البصريات الألمانية "كارل زايس ميكروسكوبي"، والدكتور سيفي عدي من قسم الخدمات البيولوجية في معهد وايزمان للعلوم. وهكذا، وباستخدام التكنولوجيا المجهرية المبتكرة التي تتيح التصوير ثلاثي الأبعاد لخلايا الأجنة، تمكن العلماء من متابعة عملية دخول أيونات الكالسيوم إلى الخلايا. ويشير البروفيسور آدي إلى أنه "حتى سنوات قليلة مضت، لم نتمكن من إجراء مثل هذه الدراسة".

وعندما شاهدوا الصور، اتضح للعلماء أن خلايا الأجنة "تمتص" قطرات ماء البحر فيها، وبهذه الطريقة تقوم بإدخال الكالسيوم إلى الخلية. ويقول البروفيسور آدي: "خلافاً للنظرية المقبولة التي تقول إن الخلايا تمتص الأيونات فقط من خلال قنوات خاصة في غشاء الخلية، اكتشفنا أن هناك طريقة أخرى لإدخال الكالسيوم إلى الخلية". "وبهذه الطريقة، تقوم الخلايا بسحب الماء، ثم تقوم بإجراء معالجة تسمح بتصفية أيونات الكالسيوم وتخزينها في الخلية."

وكشف البحث أيضًا أنه كجزء من الآلية المرصودة، تمتلئ خلايا الأجنة بشبكات من "الفجوات"، والتي تخزن مياه البحر في محتوياتها. ويوضح العلماء أن هذه الشبكات تعمل على ما يبدو على إنشاء خزان من الكالسيوم المستخدم لبناء العمود الفقري، والميزة الكامنة في هذه الطريقة هي كفاءة أعلى في استخدام الطاقة. لكنهم يقولون إن "الطريقة تنطوي أيضا على مشاكل، إذ تتطلب من الخلية التخلص من الأيونات التي لا تحتاج إليها، مثل أيونات الصوديوم والكلوريد".

ويؤكد البروفيسور آدي والبروفيسور وينر أن هذه ليست المرة الأولى التي يكتشف فيها أن الحيوانات تستهلك أيونات الكالسيوم عن طريق ضخ مياه البحر. وفي العقد الماضي، وصف البروفيسور يوناتان إيرز من الجامعة العبرية في القدس الظاهرة بأنها تحدث في كائنات دقيقة صلبة مدرعة وحيدة الخلية تسمى "فورامينيفيرا". ويقول العلماء: "في ذلك الوقت، كان من الشائع الاعتقاد بأن هذه الظاهرة غير عادية". "ولكن الآن، بعد أن تمت ملاحظته في مخلوقين مختلفين تمامًا، فمن الممكن أن يكون شائعًا جدًا بالفعل. ومن الممكن أن حتى الخلايا التي تشكل عظامنا تستخدم طريقة مماثلة للحصول على الكالسيوم الذي تحتاجه."