خون ما حاوی بقایایی باستانی است که قدمتشان از کل جانوران بیشتر است

برای دانشمندانی که منشأ حیات و تکامل سلول‌ها را مطالعه می‌کنند، خون یکی از جذاب‌ترین معماهای زیست‌شناسی به‌شمار می‌رود. تقریباً همه جانوران دارای نوعی دستگاه گردش خون هستند، اما پرسش اصلی این است که نخستین سلول‌های خونی چگونه پدید آمدند و از کجا آمده‌اند؟

گروهی بین‌المللی از پژوهشگران به سرپرستی دانشگاه کیوتو در ژاپن تلاش کرده‌اند به این پرسش پاسخ دهند. آن‌ها با بررسی گسترده تاریخ تکاملی سلول‌های خونی، ریشه این سلول‌ها را تا حدود ۷۰۰ میلیون سال قبل دنبال کرده‌اند؛ یعنی زمانی بسیار پیش‌تر از ظهور نخستین جانوران پیچیده.

نتیجه پژوهش نشان می‌دهد سلول‌های خونی به‌صورت ناگهانی و مستقل پس از پیدایش جانوران چندسلولی ایجاد نشده‌اند. در عوض، به نظر می‌رسد طبیعت مجموعه‌ای از ابزارهای ژنتیکی قدیمی را که در اصل متعلق به موجودات تک‌سلولی باستانی بودند، به‌کار گرفته و آن‌ها را در طول تکامل بازسازی و ارتقا داده است.

بررسی منشأ خون کار آسانی نیست. بسیاری از بخش‌های بدن جانوران، مانند استخوان‌ها، پوسته‌ها، پولک‌ها یا صدف‌ها، می‌توانند به فسیل تبدیل شوند و اطلاعاتی از گذشته در اختیار دانشمندان بگذارند؛ اما سلول‌ها معمولاً فسیل نمی‌شوند و رد مستقیمی از خود باقی نمی‌گذارند.

به همین دلیل، پژوهشگران ناچار شدند به سراغ روشی غیرمستقیم بروند و از «ترنسکریپتوم» استفاده کردند. ترنسکریپتوم در واقع تصویری از فعالیت ژن‌ها در یک سلول است و نشان می‌دهد در هر لحظه کدام ژن‌ها روشن یا خاموش هستند.

البته در زیست‌شناسی گاهی موجودات مختلف به‌طور مستقل ویژگی‌های مشابهی را تکامل می‌دهند؛ پدیده‌ای که «تکامل همگرا» نامیده می‌شود. اما هرچه شباهت‌ها پیچیده‌تر، عمیق‌تر و گسترده‌تر باشند، احتمال مستقل بودن آن‌ها کمتر می‌شود.

نتایج تحلیل‌ها نشان داد نخستین سلول‌های خونی احتمالاً به سلول‌های تخصصی و کارآمد امروزی که اکسیژن را در سرتاسر بدن انسان جابه‌جا می‌کنند، شباهتی نداشتند. در عوض، آن‌ها بیشتر شبیه موجوداتی آمیب‌مانند بودند؛ سلول‌هایی ابتدایی و متحرک که شباهت زیادی به ماکروفاژها داشتند. ماکروفاژها نوعی گلبول سفید هستند که در سیستم ایمنی بدن نقش مهمی دارند و می‌توانند میکروب‌ها و ذرات بیگانه را ببلعند و هضم کنند.

پژوهشگران توضیح می‌دهند که آن سلول‌های ابتدایی نیز از هیچ به وجود نیامده بودند. هنگامی که آن‌ها فعالیت ژنتیکی سلول‌های خونی را با برخی موجودات تک‌سلولی امروزی مقایسه کردند، شباهت‌های قابل‌توجهی یافتند. برخی از این موجودات تک‌سلولی دارای برنامه‌های ژنتیکی‌ بودند که شباهت زیادی به ماکروفاژها داشت. یکی از مهم‌ترین شباهت‌ها مربوط به فرایندی به نام فاگوسیتوز بود که طی آن،‌ سلول ذرات یا میکروب‌ها را دربر می‌گیرد و تجزیه می‌کند.

برای بررسی دقیق‌تر این ارتباط، پژوهشگران روی ژنی به نام Fos تمرکز کردند که هم در سلول‌های خونی جانوران و هم در موجودات تک‌سلولی مشاهده شده بود. ژن مورد نظر در تنظیم رشد، تغییر شکل و رفتار سلول‌ها نقش مهمی دارد و وجود آن در جاندارانی با فاصله تکاملی بسیار زیاد، توجه پژوهشگران را جلب کرده بود.

دانشمندان در یکی از موجودات تک‌سلولی، فعالیت ژن Fos را به‌شدت افزایش دادند. نتیجه آزمایش جالب بود: سلول‌ها دیگر مانند حالت طبیعی کنار هم جمع نمی‌شدند و در عوض، به شکل سلول‌هایی جداافتاده و شبیه آمیب باقی می‌ماندند.

یافته‌ها نشان می‌دهد سازوکار ژنتیکی رفتارهای شبیه ماکروفاژها احتمالاً صدها میلیون سال پیش از جداشدن شاخه جانوران از یوکاریوت‌های تک‌سلولی به وجود آمده بود. یوکاریوت‌ها گروهی از موجودات زنده هستند که سلول‌هایشان هسته واقعی دارد و شامل جانوران، گیاهان، قارچ‌ها و بسیاری از موجودات تک‌سلولی می‌شوند.

پژوهشگران معتقدند پس از آن، سلول‌های خونی در دو شاخه اصلی تکاملی منشعب شدند. یکی از این شاخه‌ها به ماکروفاژها منتهی شد؛ سلول‌هایی که همچنان بخشی کلیدی از سیستم ایمنی محسوب می‌شوند. شاخه دیگر بعدها ماست‌سل‌ها را ایجاد کرد؛ سلول‌هایی که نقش هشداردهنده در برابر مهاجمان و عوامل آلرژی‌زا دارند.

به گفته پژوهشگران، ماست‌سل‌ها در ادامه مسیر تکامل منشأ سلول‌های T، گلبول‌های قرمز و پلاکت‌ها شدند. در مقابل، ماکروفاژها بعدها به پیدایش سلول‌های B کمک کردند که وظیفه تولید آنتی‌بادی را برعهده دارند.

دانشمندان می‌گویند یافته‌ها فقط برای درک تاریخچه خون اهمیت ندارند، بلکه شاید بتوانند به شناخت بهتر بیماری‌هایی مانند سرطان نیز کمک کنند؛ زیرا بسیاری از بیماری‌ها به تغییر در مسیرهای رشد و تمایز سلول‌ها مربوط هستند.

پژوهش در ژورنال PNAS منتشر شده است.