سيشغلنا سؤالان في هذا العمود، كلاهما يتعلق بالعلاقة بين الكل وأجزائه. لنبدأ بسؤال نير الفلسفي: في عالم الحيوان (الأسماك والزواحف والثدييات والطيور) نعلم أن جميع أعضاء الجسم تخدم الدماغ، وبدون الدماغ لا يحق لبقية الجسم أن يوجد. ولكن ماذا يحدث في عالم النبات؟ على أي جزء من الشجرة يمكن القول أن جميع الأجزاء الأخرى تخدمها؟
سيشغلنا سؤالان في هذا العمود، كلاهما يتعلق بالعلاقة بين الكل وأجزائه. لنبدأ بسؤال نير الفلسفي: في عالم الحيوان (الأسماك والزواحف والثدييات والطيور) نعلم أن جميع أعضاء الجسم تخدم الدماغ، وبدون الدماغ لا يحق لبقية الجسم أن يوجد. ولكن ماذا يحدث في عالم النبات؟ على أي جزء من الشجرة يمكن القول أن جميع الأجزاء الأخرى تخدمها؟
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
عن الفشل الأول في السؤال: تحديد "عالم الحيوان" مع الفقاريات (الأسماك والزواحف والثدييات) مع تجاهل مجموعة أكبر بكثير من الحيوانات التي يتوزع فيها الجهاز العصبي ويكون الدماغ أقل حيوية كنا بالفعل في عمود آخر. هناك مغالطة أخرى تكمن وراء هذا السؤال تتعلق بالصور التي نستخدمها عندما نفكر في نظام معقد باعتباره نباتًا. لماذا من الواضح لنير أنه يجب أن يكون هناك جزء "الأهم" في كائن حي، على غرار المساهم أو الرئيس التنفيذي لشركة أو قبطان السفينة؟
في محاولتنا لفهم نظام معقد، فإننا ندفع بشكل لا إرادي تقريبًا إلى استخدام الاستعارات. يشمل الخزان الأساسي للصور والقياسات أجسادنا والدائرة الاجتماعية العائلية التي ننمو فيها. لقد تم التعامل مع المجتمع ومؤسساته منذ فجر الفكر الإنساني على أنه شبيه بالجسم الحي والأنظمة البيولوجية كالمجتمعات البشرية. وهكذا كان الأب، حتى وقت قريب، "رب الأسرة" وزعماء الدول هم "رؤساء الدول". إن صورة الرأس التي تتركز فيها أعضاء الحواس والتواصل بالنسبة للقائد تبدو لنا بديهية ومضمنة في اللغة. ولكن عندما يسأل إيسوب، المؤلف اليوناني العظيم للأمثال من القرن السادس قبل الميلاد، عن صورة للعلاقة بين القائد وجنوده، فإنه يضع القيادة على وجه التحديد في معدته. ولعل الجزء الأقرب إلى اللوحة والذي يتلقى الموارد أولاً هو صورة أكثر نجاحاً للقيادة من عضو التفكير؟ الاستعارة أداة أساسية ولكن استخدامها بلا مبالاة يجعلها مضللة وحتى خطيرة. على سبيل المثال، غالبًا ما يستخدم المدافعون عن تحسين النسل صورة المجتمع ككائن حي للإشارة إلى الأشخاص ذوي الإعاقة كأجزاء متحللة من الجسم أو التهابات أو أورام في "الجسم الاجتماعي". وإلى حد السؤال: يرى علماء الأحياء في المقام الأول أن الكائن الحي هو آلة لنشر جيناته، وبالتالي فإن الجزء الأكثر أهمية في الشجرة هو التفاحة التي سقطت منها. من وجهة نظر الديناميكا الحرارية، كما رأينا في مناسبة أخرى، الكائن الحي هو "جزيرة" من النظام (أو الإنتروبيا السلبية) التي توجد نتيجة لتدمير النظام وزيادة إنتروبيا الكون من حوله. وباعتباره "آلة لزيادة الإنتروبيا"، فإن النبات عبارة عن نظام يكون فيه كل جزء ضروريًا.
وعلى نفس المنوال يتساءل "ريس": هل كل خلية في الكائن متعدد الخلايا هي كائن حي في حد ذاته؟ هل أنا مجموعة من الكثير من الكائنات الحية؟
لا يا ريس، أنت لست "مجموعة من العديد من الكائنات الحية" ولكنك كائن واحد متعدد الخلايا. إن الانتقال من وحيدة الخلية إلى متعددة الخلايا هو تطور غيّر المادة الخام للتطور. يعرف علماء الأحياء 5 تحولات فقط من هذا النوع في تاريخ عالم الحيوان: من تكاثر الجزيئات في "المخزون" القديم إلى الخلية الأولى، وانضمام الخلايا البسيطة لتكوين الخلية المتطورة (حقيقية النواة) التي تحتوي على عضيات الخلية، والمظهر التكاثر الجنسي، وانضمام الخلايا لتكوين كائنات متعددة الخلايا، والانتقال الأخير والأكثر حداثة: إنشاء مجتمعات مثل أسراب النحل أو أعشاش النمل. هذه التحولات فريدة من نوعها لأن عملية الانتقاء الطبيعي تبدأ في العمل على وحدة جديدة: فالطفرة في الخلية سوف تموت أو تبقى على قيد الحياة فقط وفقًا للمنفعة أو الضرر الذي تجلبه للكائن متعدد الخلايا بأكمله، تمامًا كما هو الحال مع مصير التغيير. في خصائص النحلة العاملة يعتمد تأثيرها فقط على فرص الخلية بأكملها في توفير ملكات لخلايا النحل الجديدة. عندما تصبح جزءًا من نسيج في كائن متعدد الخلايا، تتخلى الخلية عن الوظيفة الأساسية لأي كائن حي: التكاثر. لقد اعتدنا على التفكير في عالم الحيوان من حيث الحرب من أجل الوجود، ولكن كل خلية في أجسامنا تقريبًا هي مثال على قدرة التطور على الخلق. التعاون والإيثار. لن تتردد الخلية الواحدة في الانتحار وعرض البروتينات على غلافها والتي ستحددها لجهاز المناعة كمرشح للتدمير. وحتى الأنسجة والأعضاء الكاملة تكون على استعداد لتقديم أرواحها من أجل الصالح العام، كما تثبت أوراق الأشجار في فصل الخريف.
ولحسن الحظ بالنسبة لدعاة التطور، هناك العديد من المراحل الوسيطة بين الخلايا المفردة والحيوانات متعددة الخلايا مثلنا. هناك عائلات من الأميبات والطحالب تتضمن كلا من الكائنات وحيدة الخلية المتميزة والأقارب الذين يشكلون مجموعات من الخلايا التي لها تقسيم محدد للوظائف. حتى أن هناك مخلوقات تنتقل بين شكل الحياة أحادي الخلية ومتعدد الخلايا حسب الظروف البيئية. الديسيستيليوم ديسكوديوم هي نوع من الأميبا تعيش في ظروف وفيرة كخلية واحدة لكل ما في التربة. في أوقات الندرة، تتجمع الأميبا لتنتج "أجسامًا مثمرة" - كرة من الأميبا التي ستنتج الجراثيم للجيل القادم تُحمل على "جذع" مكون من الأميبا التي ضحت بنفسها للسماح لأخواتها بالبقاء على قيد الحياة. هذه الثروة من الأشكال الموجودة في الجزء السفلي من الفرع التطوري الذي يؤدي إلى الحاخام تيم هي نافذة تسمح بإلقاء نظرة على دوافع أسلافنا الذين اجتمعوا معًا لإنشاء الحاخام تيم الأول والأدوات التي قادتهم إلى هذا الخلق. إن تعدد الخلايا ليس ومضة لمرة واحدة: فقد تم اختراعه 16 مرة منفصلة على الأقل في اختراقات أدت إلى خلق النباتات والحيوانات والفطريات وسلالات الطحالب. كل إعادة اختراع لتعدد الخلايا تطلبت تطوير آليات مختلفة للارتباط والتواصل بين الخلايا. ولذلك، فإن الطريقة التي ترتبط بها الخلايا بالأنسجة في الحيوان تختلف عن الطريقة التي ترتبط بها الخلايا بالأنسجة في النبات أو الفطريات أو الطحالب. وهكذا، تكون البروتينات التي تعبر غشاء الخلية في الخلايا الحيوانية مسؤولة عن الاتصال بالخلايا المجاورة، وفي النباتات ترتبط الخلايا بمواد لاصقة أساسها السليلوز، وتستخدم الطحالب البنيةالجينات - جل معروف لدى محبي الطبخ الجزيئي.
كانت الحيوانات العاشبة الأولى هي الطحالب الحمراء التي ظهرت منذ حوالي 1.2 مليار سنة. وتطورت الحيوانات متعددة الخلايا الأولى منذ ما يزيد قليلاً عن 600 عام. وهناك من يعزو هذا التحول إلى ظهور عامل جديد في البيئة البدائية: الحيوانات المفترسة. حتى ظهورها، كان الضغط التطوري الرئيسي موجهًا نحو المنافسة على الموارد واستخدامها بكفاءة: من حيث الكفاءة والاقتصاد، ليس للبكتيريا منافسين. إن الخلية الواحدة والصغيرة والقابلة للتكيف هي مخلوق يحبه التطور وبالفعل 99٪ من المخلوقات من حولنا أحادية الخلية. ومع ظهور الحيوانات المفترسة في البيئة، أصبح الحجم ميزة لأول مرة. يصعب على الصيادين المجهريين التعامل مع الفريسة الكبيرة، أي مع مجموعة من الخلايا. الخطوة الأولى هي ببساطة إنشاء مجموعات من الخلايا، تحافظ كل منها على تفردها وتكون قادرة على الإدارة حتى بمفردها. وبما أن الخلايا وحيدة الخلية تتكاثر بالانقسام مما ينتج عنه خليتين جنبًا إلى جنب، فكل ما هو مطلوب هو عدم الابتعاد فورًا بعد الانقسام. تقوم البكتيريا بإنشاء "أغشية حيوية"، أي طبقة لزجة تلتصق بالركيزة بحيث يصعب على المفترس تقشير بكتيريا واحدة وابتلاعها. وفي تجربة تم فيها إدخال أميبا آكلة اللحوم إلى السائل الذي تعيش فيه طحالب وحيدة الخلية، اتضح أنه بعد 100 جيل، فضلت الطحالب أن تعيش حياتها في مجموعات مكونة من 8 خلايا. كما أدى السباق التطوري أيضًا إلى اندماج الحيوانات آكلة اللحوم في مجموعات عندما تم الآن استخدام نفس المواد اللاصقة التي كان المقصود منها في الأصل أن تكون فخًا للبكتيريا لربط الخلايا ببعضها البعض. هذا هو الأصل التطوري المفترض للكولاجين وهو الأسمنت الذي يربط أنسجتنا معًا. عندما تشبثت الخلايا الأحادية ببعضها البعض، تم اكتشاف مزايا إضافية فيما يتعلق بالحجم، وأهمها إمكانية تقسيم العمل. نفس الآلية التي تسمح للخلية الفردية بالتحرك من خلال شوتون أو الرموش (الأهداب) تستخدم أيضًا في انقسام الخلايا ولا يمكن للخلية الواحدة أن تبحر وتنقسم في نفس الوقت. عندما تتحرك الخلايا في مجموعة، يمكن لبعض الخلايا أن تنقسم بينما يتجاذب أصدقاؤها. بالفعل في هذه المرحلة البدائية، تنشأ مشكلة "الغش": لماذا يختار أحد أعضاء المجموعة أن يتجادل مع جيرانه عندما يكون بإمكانه التخلي تمامًا عن العصا الباهظة الثمن وقضاء وقته في التقسيم؟ مثل هذا السلوك الإيثار ممكن عندما يكون هناك تآزر، أي عندما تتجاوز الفائدة من التعاون الفائدة التي تستمدها كل خلية من السلوك الأناني. ستؤدي الطفرة الطفيلية إلى فقدان المخلوق لميزة التعاون بسرعة وبالتالي يصبح غير مستقر. المرحلة الأعلى في التطور متعدد الخلايا هي التمايز - حيث تتخصص الخلايا الموجودة في موقع معين في وظيفة واحدة مثل الحركة أو الإفراز أو الاستشعار. ويأتي هذا التخصص بثمن باهظ: عدد قليل فقط من الخلايا هي التي تتولى مهمة تكوين خلايا تكاثرية، مما يعني أنها فقط سوف تنقل مادتها الوراثية إلى الجيل التالي. وهذا الامتياز لا يكون ممكنا إلا إذا كانت الخلية متأكدة من أن الشخص الذي يتولى الدور سوف يمرر نفس التراث الجيني، أي فقط إذا كانت جميع الخلايا متطابقة من حيث المادة الوراثية. إن خطر تولي خلية طفيلية دور التكاثر هو السبب الذي يجعل كل مخلوق متعدد الخلايا يتأكد من العودة، ولو للحظة واحدة، إلى مئات الملايين من السنين ويمر بمرحلة وحيدة الخلية (البويضة المخصبة). فقط الخلايا التي تنشأ من انقسام نفس الخلية يمكنها أن تثق بجيرانها بدرجة كافية للتخلي عن التكاثر. إن الحاجة إلى منع الاستيلاء العدائي على عملية الإنجاب قوية بما يكفي لتبرير الثمن الباهظ لإدراج مثل هذه المرحلة الحساسة والضعيفة في دورة الحياة. الإسفنج هو أول كائن متعدد الخلايا، لكنه ليس "متعدد الخلايا حقيقيًا" (Eumetasoa) لأن الخلايا لا تتمايز إلى أنسجة ذات وظيفة محددة. تلد الإسفنجيات وتعيش حياة متنقلة يمكن فيها تمييز المناطق المتخصصة في الحركة وتلك المسؤولة عن التغذية.
ربما يكون أصل الحيوانات المتطورة هو سبونج بوب قديم، والذي بدلاً من أن يستقر كشخص بالغ في بيكيني بوتوم، استمر في السباحة وتنمية هذا التفرد. أول الأنسجة التي ظهرت كانت الأمعاء: وهي خلايا فقدت القدرة على الحركة والصيد وتخصصت في إفراز الإنزيمات الهاضمة في الفضاء الداخلي. لكن النسيج الذي حولنا من مجموعة من الخلايا الإسفنجية إلى حيوان حقيقي هو الذي ينتج الخلايا الجنسية. منذ اللحظة التي أصبح فيها إنتاج الحيوانات المنوية والبويضات خبرة خاصة لمجموعة منفصلة من الخلايا، توقف استخدام المادة الوراثية لجميع الخلايا الأخرى كمواد خام للعملية التطورية. وبما أن التكاثر أصبح عملاً مخصصًا لنسيج واحد، لم يعد هناك تنافس بين الخلايا.
وبما أن خلايا الجسم فقدت القدرة على توزيع الجينات بشكل مستقل، فلا يمكن أن نطلق علينا "مجموعة من العديد من الكائنات الحية". الحالة التي تعود فيها خلية في الجسم إلى كونها فردا يعتني بالتكاثر الذاتي دون النظر إلى أصدقائها تسمى سرطانا والجهاز المناعي للأسف لا يعرف دائما كيفية علاجه. تبقى مجموعة واحدة فقط من الخلايا قادرة على المنافسة في الخلايا المتعددة الخلايا: الخلايا الجرثومية. يقوم قسم الاختزال (الانقسام الاختزالي) بإنشاء اثنين من الأمشاج يختلفان في الحمل الجيني الذي يحملانه. تضم الخصية المجموعة الوحيدة من الخلايا التي لديها تضارب في المصالح، وبالتالي فإن المنافسة الشرسة بين خلايا الحيوانات المنوية والبويضة ليست دائمًا رياضية. وقد لوحظ عدوان (قتل أو شلل) خلية منوية ضد شركائها في العرق في مجموعة متنوعة من الحيوانات من الذباب إلى الفئران. وقد يتناوب التنافس مع التعاون في الحيوانات حيث تلتقي الخلايا المنوية بحيوانات منوية ذكور آخرين في نفس الأنثى. في مثل هذه الأنواع، لوحظ أن خلايا الحيوانات المنوية تتجمع في مجموعات تنشط السياط بشكل منسق للحصول على المنافسين. وقد لوحظ مثال خاص على أنانية الخلايا الإنجابية في النباتات حيث تتشكل الأسدية والبويضات الذكرية من نفس الأنسجة. تحتوي الميتوكوندريا، عضو الطاقة في الخلية، على الحمض النووي الخاص بها، ويتم تمرير هذا الحمل الوراثي فقط في الخلايا الأنثوية. الميتوكوندريا، وهي في حد ذاتها سليل خلية قديمة اندمجت في خلية أخرى في فجر التطور، لديها مصلحة في أن تصبح خليتها بويضة وليس حيوانًا منويًا. في الواقع، فإن الطفرات التي تمنع فيها الميتوكوندريا تكوين الأمشاج الذكرية وتشجع إنتاج البيض تحدث في مثل هذه النباتات. يتم إنقاذ النباتات من الانقراض بفضل الطفرات المتنافسة في الحمض النووي في النواة، لأنه عندما تكون غالبية الخلايا التناسلية من الإناث، فإن أولئك الذين ينتجون الأمشاج الذكورية لديهم فرصة أفضل.
حسنًا ريس: الخلايا الوحيدة في جسدك التي تمثل "الكثير من الكائنات الحية" هي على وجه التحديد تلك التي ستسارع إلى تركها في أول فرصة.
شكرا للدكتور ريك جروسبيرج، د. ريتشارد ستراثمان، د. إليزابيث أوستروفسكي وجاد شاولسكي لمساعدتهم
هل خطر في ذهنك سؤال مثير للاهتمام أو مثير للاهتمام أو غريب أو وهمي أو مضحك؟ أرسل إلى ysorek@gmail.com
المزيد عن الموضوع على موقع العلوم:
תגובה אחת
مقالة عظيمة