بدن ما از کجا می‌داند که از یک سلول، به شکل یک بدن کامل درآید؟ دانشمندان به یافتن پاسخ این پرسش بسیار نزدیک شده‌اند. «یواس‌ای‌تودی» با انتشار مطلبی در همین زمینه، می‌نویسد که جالب‌ترین و پیچیده‌ترین ماشین در جهان، جاروبرقی و هواپیما، خودرو الکتریکی یا ربات نیست، بلکه خود شمایید. کارول لابون، استاد دانشگاه نورت‌وسترن و رئیس انجمن زیست‌شناسی رشد، می‌گوید: «شما خود را از یک سلول ساخته‌اید؛ کاری که هیچ ماشینی هیچگاه مجبور به انجام آن نبوده است.»

سلولی که پس از لقاح تشکیل می‌شود، به صورت خودکار شروع به کار می‌کند؛ گویی می‌داند چگونه تقسیم و تکثیر، و نیز به چه نوع سلول‌های خاصی تبدیل شود. سلول اولیه، خود را به صورت ارگانیسمی پیچیده و چندسلولی ساماندهی می‌کند. چگونگی وقوع این مراحل به صورت خودکار، به‌ویژه با توجه به میلیون‌ها مسیر اشتباهی که رشد جنینی ممکن است طی کند، هنوز معما است. اما در دوران پیشرفت در زمینه «‌تناوب‌های کوتاه پالیندروم فاصله‌دار منظم خوشه‌ای» (کریسپر) و با وجود میکروسکوپ‌های پیچیده، در عصر توالی‌یابی دی‌ان‌ای و مدل‌سازی سریع‌تر و ارزان‌تر محاسبات، به نظر می‌رسد که دانشمندان اینک به حل این معما نزدیک‌اند.

این موضوع در میان عموم مردم هنوز توجهی جلب نکرده است، اما هیجان بسیاری درمراکز تحقیقاتی و آزمایشگاه‌های دانشگاه‌های سراسر جهان به پا کرده است و ماه گذشته در شیکاگو، در جریان هشتادودومین اجلاس سالانه انجمن زیست‌شناسی رشد، ۹۰۰ محقق بین‌المللی از همه رشته‌ها گرد هم آمدند و به این موضوع پرداختند.

در جریان این اجلاس، دانشمندان از پیشرفت‌های خود در مدل‌سازی‌های شبیه جنین انسان که از سلول‌‌های بنیادی ایجاد شده است، رونمایی کردند. این مدل‌سازی‌ها به درک بهتر آن‌ها از مراحل اولیه رشد جنین کمک می‌کند. دانشمندان ویدیوهایی را از جابه‌جایی سلول‌های فلورسنت در جنین، تجزیه و تحلیل کردند که نشان می‌دادند این سلول‌ها چقدر باید جابه‌جا شوند. دانشمندان برای بررسی بهتر بیماری‌های انسانی، کوشیده‌اند ژن کریسپر را ویرایش کنند. آن‌ها در جریان این اجلاس، از ارگانیسم‌های مدل جدیدی، خارج از بدن موش‌های آزمایشگاهی معمولی، رونمایی کردند. جنیفر میسکوفسکی، استاد دانشگاه ویسکانسین-لا کراس، می‌گوید که حوزه زیست‌شناسی رشد، امروزه «به پروژه‌ای بدل شده است که زیست‌شناسی سلولی و مولکولی، ریاضی، فیزیک، ژنتیک، شیمی را در بر می‌گیرد».

زیست‌شناسی رشد، زیست‌شناسی بیماری

ژن‌ها، پروتئین‌ها و مسیرهای مولکولی، رشد اولیه جنین را تنظیم می‌کنند. این ژن‌ها باید در مکان مناسب و در زمان مناسب فعال شوند. اگر در هر مرحله‌ای مشکلی پیش آید، ممکن است موجب بروز نقص مادرزادی شود.

بنا به اعلام مرکز کنترل و پیشگیری از بیماری ایالات متحده، هر سال یکی از هر ۳۳ نوزادی که در این کشور متولد می‌شوند، درگیر نقایص مادرزادی است. نقایص مادرزادی عامل اصلی مرگ‌ومیر نوزادان است. از جمله ناهنجاری‌های مادرزادی، می‌توان به مشکلات قلبی اشاره کرد و موارد دیگری از قبیل مشکلات جمجمه و صورت، نظیر شکاف لب یا کام، و فقدان یا غیرطبیعی بودن برخی از اندام‌ها. 

ویکتوریا پرینس، مدیر سابق انجمن زیست‌شناسی رشد و استاد دانشگاه شیکاگو، می‌گوید که شناخت بهتر زمان و چگونگی رشد اشتباهی، می‌تواند به ما کمک کند تا به بهترین شیوه‌ها برای حل این مشکل فکر کنیم. امبر کارلتون، دانشجوی تحصیلات تکمیلی در کالج پزشکی ویسکانسین که روی اختلالات عصبی و شکل‌گیری مغز کار می‌کند، معتقد است که این نتایج می‌تواند در روند بررسی ژن‌هایی که سبب بروز بیماری‌های انسانی می‌شوند، به محققان کمک کند. 

پس از تشکیل جنین، ژن‌ها و پروتئین‌های درگیر با این روند، غیرفعال می‌شوند و معمولا غیرفعال می‌مانند. سلول‌های طبیعی در برخی از حیوانات، ژن‌های رشد را در فرآیندی به نام «بازرویش»، فعال می‌کنند. سمندر مکزیکی یا اکسولوتل، گورخرماهی‌ و هیدرا، گزنه‌های دریایی آب شیرین، می‌توانند پس از آسیب‌دیدگی قسمت‌هایی از بدن، سر، اندام‌ها، قلب، مغز و ریه‌های خود، آن‌ اندام‌ها را دوباره رشد دهند. اما انسان‌ قادر به انجام چنین کاری نیست. بررسی چگونگی رشد سایر ارگانیسم‌های بدن و نحوه بازسازی آن‌ها، می‌تواند به کاربردهای درمانی این روند در انسان نیز بینجامد.

در عین حال، فعال‌سازی نامناسب ممکن است به بروز سرطان منجر شود. سلول‌های سرطانی آموخته‌اند که ژن‌های رشد را بربایند و ژن‌هایی را دوباره فعال کنند که به آن‌ها امکان می‌دهد به سرعت تکثیر شوند، در فاصله‌های طولانی جابه‌جا، و مانند سلول‌های جنینی، به صورت نمایی چندبرابر شوند. این قابلیت، متاستاز سلول‌های سرطانی را آسان‌تر می‌کند.

بررسی باغ‌وحشی مجازی از حیوانات

هرچند برخی از دانشمندان اینک می‌کوشند تا به کمک سلول‌های بنیادی، مدل‌های جنین‌مانندی از انسان بسازند، به دلیل نگرانی‌های اخلاقی، بررسی مستقیم رشد انسانی تقریبا ناممکن است. بر این مبنا، بسیاری از پژوهشگران اینک به مدل‌های حیوانی روی آورده‌اند. همایش انجمن زیست‌شناسی رشد، باغ‌وحشی مجازی از حیوانات را، شامل شماری  ستاره‌ دریایی، گورخرماهی‌، جوجه‌، حیوانانت سخت‌پوست، موش‌، نماتد، مگس‌ میوه، قورباغه‌، ماهی مرکب، گربه‌ و غیره را به نمایش گذاشت. آنجل بانوئلوس، دانشجوی تحصیلات تکمیلی که در دانشگاه ویسکانسین مدیسون روی رشد جمجمه‌ای گورخرماهی کار می‌کند، می‌گوید که گستردگی مدل‌ها، «ما را با موجودات دیگر مرتبط می‌کند».

هر حیوانی، مزایا و محدودیت‌هایی مخصوص‌به‌خود دارد. برای نمونه، گورخرماهی، صدها جنین ریز را در زمان واحد ایجاد می‌کند. این جنین‌ها یا لاروها، در مراحل اولیه رشد خود شفاف‌اند و از این رو، دانشمندان می‌توانند پدیده تقسیم سلولی را همزمان با رخ دادن آن مشاهده، و جابه‌جایی سلول‌ها را در سراسر بدن جانور دنبال کنند.

ویکتوریا پرینس می‌گوید هر بار که به آن‌ها نگاه می‌کند، مجذوب آن می‌شود. او می‌افزاید: «این واقعا پدیده‌ای معجزه‌آسا است که ما در حال تماشای آنیم.»

انسان و گورخرماهی هیچ شباهتی به یکدیگر ندارند. اما واقعیت این است که حدود ۷۰ درصد از دی‌ان‌ای ما با گورخرماهی مشترک است. این باعث می‌شود که این جانواران، نمونه‌های خوبی برای بررسی زیست‌شناسی رشد انسان باشند.

تنوع زیستی و مراحل رشد جنینی

علم نباید الزاما حول محور سلامت انسان متمرکز شود تا بااهمیت به نظر برسد. زیست‌شناسان شاخه رشد، در کنار موضوعات مرتبط با سلامت انسان، می‌کوشند به پرسش‌هایی درباره تنوع زیستی حیات نیز پاسخ دهند. مثلا به این پرسش که گردن زرافه‌ها چگونه دراز شده است؟ چرا سخت‌پوستان این همه پا دارند؟ دلیل علمی رنگ بال پروانه‌ها چیست؟ ماهی مرکب و اختاپوس، چگونه به مغز بزرگی دست‌یافتند؟ پرندگان چگونه آواز خواندن آموختند؟

پرینس بر این باور است که همه چیز در رشد جنینی نهفته است. اما این فرایند، یعنی رشد، ثابت نیست. برای نمونه، تنوع زیستی، به موازات تغییرات اقلیمی، در معرض تهدید است. محیطی که به سرعت در حال تغییر است، موجودات زنده را مجبور به جابه‌جایی از آنجا، یا سازگاری با محیط می‌کند.

لابون می‌گوید: «هرچه بیشتر درباره اصول اولیه چگونگی رشد جنین بدانیم، بیشتر می‌توانیم بفهمیم که تغییراتی که در محیط رخ می‌دهد، چگونه بر آینده تاثیر می‌گذارد.»

اگر ارگانیسم‌ها نتوانند خود را با محیط سازگار کنند و مراحل رشد خود را تغییر دهند، در معرض خطر انقراض قرار خواهند گرفت و چنین امری، برای سایر گونه‌ها در اکوسیستم نیز خطراتی ایجاد می‌کند. پرینس یادآور می‌شود که بسیاری از افراد، به موضوع تنوع زیستی گونه‌های حیات علاقه دارند، اما به این فکر نمی‌کنند که این همه تنوع زیستی اساسا از کجا آغاز شده است. 

این مقاله نخستین بار در «میلواکی ژورنال سنتینل» منتشر شده است.