لماذا تقلصت أدمغة أسماك الكهوف العمياء؟

سمكة الكهوف المكسيكية (الاسم الرمزي: Astyanax mexicanus) ليست مجرد أعمى وعينين ، بل لديها أيضًا دماغ منكمش. بالضبط كيف انتهى الأمر بهذه الطريقة هو نوع من الغموض التطوري. في المقال الأخير في المجلة تقدم العلوم ، يقترح الباحثون أن الأسماك أسقطت العيون وطوّرت دماغًا مبسطًا لتوفير الطاقة. لكن هل هذا حقا أفضل تفسير؟

بعبارة أخرى ، هل تتطلب العين والدماغ بالفعل مثل هذه الطاقة غير المتكافئة بحيث يكفي مجرد بضعة ملايين من السنين من الاسترخاء في الكهوف للوصول إلى السلالة الجرثومية وإعادة برمجتها؟ ألن يفترض خط التفكير الأقل انحرافًا ، كما فعل داروين ، أنهم فقدوا بطريقة ما بسبب الإهمال وليس أكثر؟ لسوء الحظ ، فإن هذا الأخير يلمح إلى لاماركية، وهو شيء مبرمج أن يمقته أتباع المزيج الصارم للتطور عن طريق الطفرات والانتقاء الطبيعي. ومع ذلك ، إذا انتقلنا إلى الجانب المظلم للحظة ، فقد نفترض أنه لكي تستمر الكماليات مثل العينين والدماغ ، يجب أن يتم تحديث بصمتهم المادية في الجراثيم القابلة للتوريث باستمرار بطريقة ما. بدون هذه المدخلات - أي المحفزات المستمرة من البيئة - من الواضح أن هذه الملحقات التي تبدو مستقرة متقلبة مثل ذاكرة الوصول العشوائي.



أولئك الذين هم في المعرفة لديهم كلمة خيالية عن الخلود الطباشيري وتراجع التطور الذي يحدث مع الكثير من حياة الكهوف. أسلافنا إخواننا المكتشفون حديثًا هومو ناليدي، كانوا بلا شك على دراية كاملة بأمراضه. أنا أتحدث هنا عن troglomorphism ، التكيف المورفولوجي الكامل مع ظلام الكهوف. ربما ينبغي أن نذكر أن الخلقيين يحبون سمكة الكهف. إنهم عادة لا يعرفون بالضبط سبب إعجابهم به ، فقط لأن النظام البصري المتخلف عنه يخلق أحيانًا مشكلة صغيرة لأولئك الأشخاص الأكثر تفكيرًا علميًا.



الآن ، إذا كانت 'الطاقة' الخام غير المغشوشة التي يتم إدراكها على مستوى الكائن الحي ، على عكس المنبهات الأكثر انقسامًا ودقة ، هي في الواقع المحرك الحقيقي للتشكيل ، فيمكن للمرء أن يتخذ منهج تقسيمها إلى ثلاثة أماكن يمكن أن يتصرف فيها. في البداية ، يجب أن تكون هناك طاقة كافية لبناء العينين والدماغ في الجنين. في الثانية ، يكفي الاحتفاظ بها عند البالغين ، وفي الطاقة الثالثة حتى يتم تشغيلها واستخدامها.

بينما يمكن القول إن الأخيرين لهما بعض التداخل ، فمن الواضح أنه من المحتمل أن يكون هناك القليل في كهف مظلم يلفت الأنظار. الطلب الأول ، نموهم ، ليس مشكلة كبيرة هنا إما لأنه كما ذكر المؤلف نفسه ، فإن الأسماك تطور عيونها كجنين. في وقت لاحق فقط يتم تفكيكها في خدش الطراش المعتاد الذي يستخدمه التطور في جميع مراحل التطوير لإعادة توظيف الأعضاء المتقادمة إلى نهايات جديدة.



ليس الأمر أن 'الطاقة' هي تفسير سيء ، لكنها مجرد تفسير غير دقيق. ربما تكون معادلات الطاقة ، أي علاقات الحفظ ، هي الأداة الأكثر فائدة المتاحة في الفيزياء. لكن في علم الأحياء نادرًا ما يكون المرء محظوظًا جدًا. يحاول المؤلفون قياس استخدام الطاقة النسبي من خلال تسجيل استهلاك الأكسجين. على وجه الخصوص ، قاموا بقياس استخدامه في الأسماك المكفوفين والمبصرين ، وكذلك في أجزاء من عيونهم والسقف البصري ، سواء في الضوء أو الظلام. التكتوم هو جزء من الدماغ تم تخيله بشكل مشهور منذ وقت ليس ببعيد في أسماك الزرد لإنشاء الجزء الأول خرائط نشاط الدماغ بالكامل. إنها نهاية عمل النظام البصري للأسماك. كما هو موضح أدناه ، وجد المؤلفون أنه أيضًا أكثر الأشكال ثنائية الشكل (تختلف في الحجم) بين أشكال الكهوف للأسماك ، ومجموعات السطح المرئية.

F1.large

استخدم الباحثون بياناتهم لبناء نموذج تنبأ بأن التكلفة النشطة للدماغ كله لسمكة سطحية تزن 1 جرام كانت 15٪ من عملية التمثيل الغذائي أثناء الراحة. لإعطاء فكرة عن معدلات الاستهلاك المعنية ، استخدمت العيون حوالي 0.507mg O2 hour − 1 g wet mass − 1 في الضوء. في الظلام ، وُجد أنهم يستخدمون كمية أكبر من الأكسجين ، على الرغم من أن المرء قد يفلت من عزو ذلك إلى الطبيعة العكسية الشاذة للمستقبلات الضوئية الاستجابات في شبكية العين. سيكون من اللطيف الحصول على إحساس أكثر حدسية بمستوى الاستهلاك هذا ، ومع ذلك ، 2 من طبيعة العمل أن الوحدات تحتاج عمومًا إلى بعض التدليك لمقارنتها. على سبيل المثال ، تم تسجيل الطائر الطنان عند التحليق ، والذي يُزعم أن عضلاته يمكن أن تحترق بمعدل عشرة أضعاف تلك الخاصة بنخبة الرياضيين ، بمعدل 68-85 مل من O2 / جم / ساعة.



لم نفقد كل شيء في التخلي عن حجج الطاقة البسيطة. قدم علم الوراثة ، وخاصة علم التخلق ، بالفعل عددًا قليلاً من الأماكن للبدء في البحث عن تغيير سريع مدفوع بالبيئة. سلط البحث السابق الضوء على عدد قليل من الجينات التي تشارك بشكل مباشر في التحكم في أشياء مثل العين وحجم الدماغ. كما وجد أن تراجع التطور ، أو بالأحرى تفكيك العين في الجنين ، يتبع برامج يمكن التنبؤ بها أو موت الخلايا أو موت الخلايا المبرمج.

كشفت تجارب الزراعة المملة أن العدسة نفسها هي المنظم الرئيسي للعين بأكملها. إذا تم زرع العدسة النامية لجنين أعمى في سمكة مبصر نامية ، يمكن أن تضر العين. من ناحية أخرى ، فإن زرع عدسة سمكة مبصرة في عين سمكة عمياء يمكن أن ينقذ العديد من جوانب نمو العين ، وربما حتى الدماغ.

الهياكل الأخرى سريعة التغير والتي تستجيب للبيئة وتعيد برمجة أجزاء من الخلية ، سواء كانت وراثية مباشرة أو غير ذلك ، تشمل بروتينات تستجيب للتوتر في كل مكان مثل HSP-90. تقوم هذه البروتينات المدروسة جيدًا بتغيير هيكلها القابل للطي بسهولة حيث تتغير الأشياء حول كل خلية في الكائن الحي ، وهي عملية أسرع بكثير بالمقارنة مع التعديلات على تسلسل الترميز الفعلي. إذا كان الضغط الناتج عن بيئة مستنفدة للطاقة يستدعي حقًا قوة عقلية أقل ، فقد نقدم أن أفضل طريقة لتحقيق هذه الغاية هي ببساطة خفض سرعة المعالج. بعبارة أخرى ، ينظم عدد لا حصر له من القنوات الأيونية الإضافية - البروتينات المرئية تمامًا لمبعوثي التطور المخفيين - مدى سرعة إطلاق الخلايا العصبية. الخلايا العصبية ذات معدل إطلاق النار الذي يتباطأ بشكل عالٍ ، وتتصدر أعلى بكثير ، تحرق كمية هائلة من الطاقة.

إن كيفية مقارنة طاقة 'إطلاق' الخلايا العصبية هذه بالطاقة المستخدمة للنمو والصيانة هي نقطة مثيرة للاهتمام واجهناها من قبل في سياق الامتداد المستمر و تراجع نيوريتيس في إسعاف الخلايا العصبية. على المستوى النظري أكثر ، قدّر آخرون الطاقة التي يحتاجها تكاثر البكتيريا يكررون أنفسهم، أو لتتمايز الخلايا حقيقية النواة وتنتقل إلى جرح مغلق. بالنسبة لأولئك الذين يعرفون ، يقولون إن بكتيريا واحدة قد تحتاج إلى مضاعفة معدل الأيض الأساسي المستمر لديها تقريبًا لتصبح اثنين ، أو شيء من هذا القبيل.

الحل النهائي السريع الذي يمكن أن يحاوله الكهنة المقيّدون بالطاقة هو ببساطة تقليل كمية الحمض النووي التي يحملونها. يُترجم عدد أقل من الحمض النووي إلى دورات انقسام وتطور أسرع قليلاً للخلايا ، ولكنه يأتي أيضًا بمكافأة نشطة. وبالتحديد ، لست بحاجة إلى حرق قدر كبير من ATP لتكرار كل تلك العناصر الإضافية نسخ من الجينات و هكذا. تقلل أيضًا من التعبير غير المقصود عن البروتينات التي لا تحتاجها حقًا. قد يكون التخلص من كل حمضك النووي الاحتياطي بمثابة حبة دواء يصعب ابتلاعها ، ولكن قد يكون من الجيد إلقاء نظرة للحصول على فكرة أفضل عن كيفية تدحرج أسماك الكهف.

Copyright © كل الحقوق محفوظة | 2007es.com