کشف بعد تازه دگردیسی؛ آیا دگردیسی معکوس امکان‌پذیر است؟

فرارو- «جیمز ترومن» حشره‌شناس با یادآوری تجربه‌ای که در سن شانزده سالگی داشت به «نیویورکر» می‌گوید: «در جاده دمشق (شهری در ویرجینیا) در حال حرکت بودیم. سپس در حال قدم زدن بودم. سرم را بلند کردم و دیدم حشره‌ای بالای درخت است. آن حشره یک زنبور انگل با شکمی ۷ سانتی متری بود.

به گزارش فرارو به نقل از نیویورکر، ترومن می‌گوید این کنجکاوی سبب شد تا کتابی را تهیه کرده و مطالعه کند کتابی درباره حشرات نوشته» فرانک‌ای لوتز «که برای نخستین بار در سال ۱۹۱۸ میلادی چاپ شده بود. او می‌گوید: "همیشه می‌دانستم که می‌خواهم زیست‌شناس شوم اما از یک علاقه‌ای به علاقه دیگر تغییر جهت می‌دادم: پرندگان، پستانداران یا هر موجود دیگری". او سپس دجار تحول شد و متوجه شده بود که در مورد حشرات مطالعه خواهد کرد.

مطمئنا حشرات کوچک هستند اما بیش از هشتاد درصد از گونه‌های جانوری را تشکیل می‌دهند. هم چنین، حشرات جادوی خاصی دارند: اکثر آنان دچار دگردیسی کامل می‌شوند. کفشدوزک زندگی را به عنوان یک خزنده سیاه و سفید آغاز می‌کند. بید پلنگی غول پیکر که گونه‌ای از شب پره است زندگی خود را به عنوان یک کرم حشره بسیار خزدار آغاز می‌کند. برخی از ماهیان و دوزیستان نیز دچار دگردیسی می‌شوند. با این وجود، در پستانداران هرگز چنین دگردیسی‌هایی وجود ندارد.

از آنجایی که حشرات دارای اسکلت بیرونی هستند دگردیسی آنان دور از دید رخ می‌دهد زمانی که به موجودی بالغ تبدیل شده و به طور کامل شکل می‌گیرد این اثر می‌تواند شگفت‌انگیز باشد.

ترومن به عنوان دانشجوی سال اول در نوتردام در یک آزمایشگاه ژنتیک پشه کار می‌کرد که توسط «جورج کریگ» حشره‌شناس مشهور اداره می‌شد و زمانی را با بر روی روی جعبه‌های کاغذی مشبکی که پر از پشه بود سپری می‌کرد که می‌توانستند خون او را مکیده و از آن تغذیه کنند.

زمانی که ترومن وارد شد آزمایشگاه کریگ بیش‌تر بر روی شناسایی جهش‌هایی متمرکز بود که احتمال داده می‌شد به بهبود بیماری‌های انتقال یافته از طریق پشه کمک می‌کند. در آنجا یک پروژه جانبی وجود داشت که به فرومونی به نام ماترون نگاه می‌کرد. پشه نر در طول جفت گیری ماترون را آزاد می‌کند و در نتیجه پشه ماده دیگر تمایلی به جفت‌گیری ندارد.

ترومن می‌گوید: «پشه ماده صرفا خون می‌خواهد در نتیجه، تنها یک بار جفت گیری می‌کند. این برای من بسیار شگفت‌انگیز بود که یک هورمون می‌تواند چنین تغییر رفتاری چشمگیری ایجاد کند».

ترومن پروژه فارغ التحصیلی خود را در آزمایشگاه «لین ریدیفورد» زیست‌شناس در هاروارد انجام داد. او همچنین به عوامل هورمونی و سایر عوامل موثر بر نحوه رشد و رفتار حشرات علاقه‌مند بود. این خط تحقیقاتی ادامه یافت تا تحقیقات ترومن را شکل دهد.

ترومن می‌گوید: «من با پروانه‌های ابریشمی غول‌پیکر کار می‌کردم که در ابتدا یک کرم حشره کوچک به طول حدودا شش تا هفت میلی متر است. سپس چهار بار پوست‌اندازی می‌کند و طی آن تقریبا هزار برابر اندازه اصلی خود رشد می‌کند خود را در پیله‌ای از ابریشم می‌پیچد، به صورت پروانه بزرگی ظاهر می‌شود که دهان آن عملکردی ندارد و نمی‌تواند غذا بخورد و بنابراین پیش از هفت روز می‌میرد و به همین خاطر قصد دارد فورا جفت گیری کند».

ترومن هورمون‌هایی که این تغییرات را تنظیم می‌کنند مورد مطالعه قرار داد و به مقوله «دگردیسی» علاقمند شد. او می‌گوید: «می خواستم بفهمم که چگونه مغز یک کرم حشره به مغز یک پروانه تبدیل می‌شود».

ترومن و ریدیفورد در جریان تعطیلات در دانشگاه کمبریج از کار بر روی پروانه‌ها دست کشیدند و بررسی مگس سرکه که بیش‌تر به عنوان مگس میوه شناخته می‌شود را آغاز کردند. ترومن می‌گوید: «هیچ ابزار ژنتیکی‌ای برای این پروانه‌های ابریشم غول پیکر وجود نداشت اما ابزارهای ژنتیکی خوبی برای مگس سرکه وجود داشت. ابزارهایی برای از بین بردن ژن‌های خاص و تغییر نحوه یا زمان بیان یک ژن وجود داشت». ترومن و تیم‌اش می‌خواستند با جزئیات تشریحی بدانند که چه مقدار از مغز یک لارو در مغز یک مگس بالغ باقی می‌ماند.

ترومن با استفاده از مثال ملخ‌ها به این دلیل که دگردیسی کامل ندارد می‌گوید: «می‌توانیم با یک ملخ کوچک تصور کنیم که تجربیاتی در حال رشد دارد و می‌تواند نحوه عملکرد مغزش را شکل دهد اما وقتی تغییری که برای یک حشره رخ می‌دهد مانند یک دگردیسی کامل وضعیت چگونه است؟» تیم ترومن در مقاله‌ای که اخیراً در ژورنال eLife منتشر شده چگونگی تغییر اتصالات عصبی را در گذار از لارو مگس سرکه به مگس بالغ دنبال کرد این که چه چیزی بازسازی شد، چه چیزی از بین رفت و چه چیزی دوباره ایجاد شد.

تیم ترومن به مرکز عصبی مغز لارو معروف به بدن قارچ که واسطه یادگیری بویایی است نگاه کردند. برای یک حشره بویایی تا حد زیادی مهم‌ترین حس است. یک لارو ممکن است یاد بگیرد که بوی خاصی را با چیزی مثبت یا منفی مرتبط کند. با این وجود، آیا یک مگس میوه بالغ آن ارتباط را که در جوانی شکل گرفت به خاطر می‌آورد؟ کاری که تیم تحت هدایت ترومن انجام داد یافتن راهی بود تا در جزئیات تشریحی مشاهده کند آیا هر یک از اتصالات عصبی از طریق دگردیسی پایدار است یا خیر و آیا تداومی وجود دارد یا خیر.

ترومن می‌گوید: «نتیجه این بود: هیچ اتصال پایدار عصبی‌ای وجود نداشت. منظورم این است که مغز جای پیچیده‌ای است. در سطحی ساده این روابط عصبی درهم ریخته شد و در نهایت از بین رفت». «برترام گربر» رئیس بخش ژنتیک یادگیری و حافظه در موسسه نوروبیولوژی لایبنیتس می‌گوید: «کار ترومن تاکنون عمیق‌ترین نگاه به آن چه برای مغز در طول دگردیسی رخ می‌دهد بوده است و نشان می‌دهد که چگونه اتصالات در مغز حشرات به طور چشمگیری اصطلاحا هرس شده و دوباره رشد می‌کنند».

حشرات روی هم رفته دارای توده زیستی بزرگتر از انسان هستند. آنان همیشه آن قدر مسلط نبودند. در اوایل دوره کربونیفر (حدود ۳۷۵ میلیون سال پیش) زمانی که عقرب‌هایی به طول یک متر و موجوداتی شبیه کروکودیل به طول شش متر وجود داشتند حشرات به نوعی بال‌های خود را توسعه دادند. ترومن می‌گوید: «هیچ موجود دیگری نمی‌توانست برای حدود پنجاه میلیون سال پرواز کند حشرات اما هوا را برای خودشان داشتند».

با این وجود، فسیل‌ها نشان می‌دهند که بال‌های کوچک حشرات بسیار جوان آسیب‌پذیر بودند. بال‌ها می‌توانستند زمانی که حشره بالغ شده بود ظاهر شوند الگویی از رشد که امروزه در ملخ‌ها و سایرین مشاهده می‌کنیم. این یک تغییر است یک دگردیسی اما به آن «ناقص» می‌گویند.

ده‌ها میلیون سال پس از توسعه بال‌ها دگردیسی کامل ظاهر شد. ترومن می‌گوید: «این اتفاق رخ داد و سپس حشرات از نظر تنوع و تعداد به مرزی انفجاری رسیدند. مورچه ها، زنبورها، مگس ها، پشه‌ها و پروانه‌ها این راسته‌های بسیار موفق همگی دچار دگردیسی کامل می‌شوند و همگی یک نیای مشترک دارند».

مزایای عملی دگردیسی بلافاصله برای یک غیر زیست‌شناس مشخص نیست. دگردیسی بسیار باشکوه و مفصل به نظر می‌رسد. این پرسش مطرح می‌شود که مزایای این دگردیسی چیست؟ ترومن می‌گوید: «اگر به نمونه‌ای از دگردیسی ناقص نگاه کنید مانند مورد ملخ‌ها بچه ملخ و ملخ بالغ یک چیز را می‌خورند و بنابراین برای دستیابی به منابع با یکدیگر رقابت می‌کنند. ناگهان با دگردیسی می‌توانید منابع را از یکدیگر جدا کنید. کرم کاترپیلار برگ‌ها را می‌خورد. یک پروانه از شهد تغذیه می‌کند. علاوه بر این، یک لارو کوتاه مدت می‌تواند با خوردن منابع غذایی زودگذر مانند مگس‌های میوه روی نیمه پرتقال پوسیده یا سوسک‌های سرگین روی مدفوع آهو سازگار شود».

بخشی از آن چه که در کارهای ترومن و ریدیفورد در طول سال‌ها برجسته می‌شود حدس قابل قبول آنان این است که در حشرات با دگردیسی کامل مراحل اولیه حیوان دیرتر از شکل بالغ تکامل یافته است. این برعکس دیدگاهی است که از تکامل دریافت می‌کنیم تا حدودی ناقص اما تلقین کننده، برای مثال زمانی که شاهد رشد یک قورباغه هستیم چرخه زندگی قورباغه شبیه خلاصه‌سازی ماهی‌هایی است که در طول سال‌ها تبدیل به دوزیستان می‌شوند. با دگردیسی حشرات، خط زمانی به اصطلاح به عقب حرکت می‌کند با رشد جدیدتر لارو ابتدا ظاهر می‌شود و سپس به گونه‌ای پیش می‌رود که گویی در زمان معکوس شده و تبدیل به بالغ معمولی می‌شود.

هنگامی که «ماریا زیبلا مریان» گیاه‌شناس و حشره‌شناس آلمانی سیزده‌ساله بود خانه‌ای کاغذی داشت که در آن کرم‌های ابریشم پرورش می‌داد و آن‌ها را تماشا می‌کرد که پیله های‌شان را درست می‌کردند. مریان در سال ۱۶۴۷ میلادی یک سال پیش از معاهده وستفالیا که به جنگ سی‌ساله پایان داد متولد شد.

او زیر نظر ناپدری خود که یک نقاش بود شاگردی کرد. او به عنوان یک هنرمند چرخه‌های زندگی کرم‌های ابریشم، و دیگر موجودات در حال تغییر را به تصویر کشید و آثارش به دلیل به نمایش درآوردن موجودات در محیط‌شان با منابع غذایی‌شان مورد توجه قرار گرفت.

او بعدا همسرش را ترک کرد و به مدت سه سال به یک جمعیت مذهبی پیوست و سپس به دنبال مرگ مادرش به همراه دو دخترش به آمستردام رفت و با راه اندازی یک استودیوی نقاشی و فروش آثار چاپی و گیاهان و حشرات غیرعادی زندگی خود را گذراند. او در سن پنجاه و دو سالگی با دختران‌اش به سورینام سفر کرد و حدود دو سال را در آنجا گذراند و شگفتی‌هایی را که دیگران به آن شک داشتند ثبت کرد مانند رتیل به اندازه‌ای بزرگ که بتواند مرغ مگس خوار را بخورد و مورچه‌هایی که از بدن خود به عنوان پل برای مورچه‌های دیگر استفاده می‌کردند.

مریان هم چنین ممکن است اولین کسی باشد که چرخه زندگی زنبور انگل که مشاهده آن در جوانی ترومن تلنگری را در ذهن او زده بود مستند کرد. او توضیح داده بود که چگونه برخی از پیله‌ها که انتظار داشت پروانه‌ها از آن بیرون بیایند در عوض زنبورها را آشکار ساختند.