هل تطورت الخلايا العصبية مرتين؟

تتتبع تاريخ الكائنات الحية الأولى يقدم أدلة حول ما إذا كانت ولادة الخلية العصبية حدثًا مرة واحدة

تاريخ الخلايا العصبية

تمثل مليارات الخلايا العصبية في الدماغ البشري تشكيلة من الخلايا المتخصصة والمتنوعة في أجسامنا. تحول الخلايا العصبية الإشارات الكهربائية إلى إشارات كيميائية، وفي البشر، يمكن أن تكون أطوالها صغيرة جدًا لتمتد فقط على طرف قلم مبروش أو في بعض الحالات حتى تمتد عرض الباب. يفسر التحكم المرن للحركة واتخاذ القرارات لماذا تكون مهمة جدًا للبقاء في مملكة الحيوانات.

تطور الخلايا العصبية

يعتمد معظم الحيوانات على تخصيص خلاياها العصبية للبقاء على قيد الحياة. قد يكون من المنطقي، بالتالي، أن السلف المشترك لجميع هذه الحيوانات تحرك على الأرض قبل الملايين من السنين تحت إشراف إشارات كهروكيميائية يتم نقلها واستقبالها من خلال شبكات من الخلايا العصبية. يبدو أن الفكرة بأن هذه الخلايا الحيوية تطورت عدة مرات غير معقولة لأن الخلايا العصبية معقدة للغاية ومتشابهة جدًا بين سلاسل الحيوانات. ومع ذلك، تشير سلسلة من الدراسات البيولوجية التطورية الحديثة إلى أن جميع خلايا العصبية للحيوانات لديها أصل واحد.

الدراسات البيولوجية التطورية الحديثة

تمثل هذه النتائج توجيهًا للعديد من السنوات من البحوث والنقاش حول سلاسل الحيوانات التطورية المبكرة والخلايا والأنظمة الموجودة في تلك الأنواع. جاءت أول نتيجة من دراسة العلاقات بين الحيوانات المبكرة، مع التركيز على نوعين معينين من الكائنات الحية: الإسفنج (بما في ذلك الإسفنج البحري وأنواع المياه العذبة) والكتينوفورات، اللافقارات المعروفة غالبًا باسم القناديل المشطية، على الرغم من أنها غير مرتبطة بالقناديل البحرية. لمدة تقربياً 15 عامًا، كان علماء الأحياء التطوريين مختلفين حول ما إذا كانت الكتينوفورات أم الإسفنج هي أول حيوانات تفرعت عن جميع الحيوانات الأخرى في شجرة التطور. قبل مئات الملايين من السنين، تفرع السلف المشترك لجميع الكائنات الحية الحية إلى نوعين. على جانب واحد كان السلف المشترك لجميع مجموعات الحيوانات باستثناء واحدة. وعلى الجانب الآخر كانت هذه “واحدة” – “مجموعة الأخت” التي كانت أول من تفرع عن جميع الحيوانات الأخرى. وكان السؤال المستمر هو ما إذا كانت “مجموعة الأخت” هي الإسفنج أم الكتينوفورات.

الدراسات الأخيرة

تقدم ورقة مقنعة نشرت العام الماضي دعمًا قويًا لفرضية أن الكتينوفورات هي في الواقع مجموعة الأخت المطلوبة منذ فترة طويلة. وجد الباحثون أن الكتينوفورات تفرعت قبل الإسفنج وبالتالي فهي المجموعة الأكثر ارتباطًا بعيدًا عن جميع الحيوانات الأخرى. ومع ذلك، لا يزال الأمر غير مستقر بسبب اللغز الذي يثيره في تفسير تطور الخلايا العصبية.

سيناريوهات تطور الخلايا العصبية

تعتبر الخلايا العصبية غائبة في الإسفنج وموجودة في الكتينوفورات وتقريبًا في كل حيوان آخر على الكوكب. إذا فرعت الكتينوفورات قبل الإسفنج في شجرة الحياة، فهذا يشير إلى سيناريوين لتطور الخلية العصبية. في سيناريو واحد، كان سلف جميع الحيوانات، الذي عاش منذ مليار سنة تقريبًا، يحتوي على خلايا عصبية، وكل نوع حيوان ورثها. هذا يعني أن الإسفنج يجب أن يكون قد فقد خلاياه العصبية في وقت ما، لأنه لم يعد لديه الخلايا العصبية التي ورثها أجداده.

تقترح البديل أن سلف جميع الحيوانات لم يكن لديه خلايا عصبية، وهو ما يفسر عدم وجود خلايا عصبية في الحيوانات التي تفرعت في وقت مبكر مثل الإسفنج. يجب أن تكون الخلايا العصبية في معظم الحيوانات قد نشأت في وقت لاحق، بعد تفرع الإسفنج – باستثناء الخلايا العصبية في الكتينوفورات. إذا كان السلف المشترك يفتقر إلى الخلايا العصبية، وتطورت الخلايا العصبية في معظم الحيوانات بعد أن تفرعت الكتينوفورات والإسفنج، فإن الخلايا العصبية في الكتينوفورات يجب أن تكون قد تطورت بشكل مستقل. تتطور الخلايا العصبية مرتين في هذا السيناريو – مرة في الكتينوفورات ومرة أخرى في الحيوانات الأخرى – مما يشكك في وجود أصل واحد للخلايا العصبية.

التوصل إلى توافق

في الوقت الحالي، يقول ديتليف آرندت، أستاذ وعالم أول في مختبر البيولوجيا الجزيئية الأوروبي المتخصص في تطور الخلايا العصبية والأنظمة العصبية: “في الوقت الحاضر، أنا غير متأكد من السيناريو الأكثر احتمالًا بين هذين السيناريوين”. بينما يدعم ماكس تلفورد، أستاذ علم الحيوان في مركز أصول الحياة والتطور في جامعة لندن، السيناريو الأول بشكل أكبر. يقول: “من الممكن تمامًا أن الإسفنج ليس لديه نظام عصبي لأنه فقده لأنه يعتبر مرشحًا لتغذية المرشحين الثابتة ولا يحتاج إلى نظام عصبي معقد”، ويضيف “التبسيط والفقدان يحدثان في كل وقت”.

لا تكون الإسفنج فريدة في فقدان خلاياها العصبية. يشير تلفورد إلى مثال الميكسوزوان، وهي واحدة من أصغر الحيوانات في العالم وترتبط ارتباطًا وثيقًا بالقناديل وشقائق البحر. يكاد يكون السلف المشترك لهذه الحيوانات الثلاثة يحتوي بالتأكيد على نظام عصبي، ولكن الميكسوزوان فقدت نظامها في وقت ما في الماضي التطوري العميق.

تعتبر الصورة غير واضحة أيضًا بسبب حقيقة أن خلايا العصبية في الكتينوفورات غريبة جدًا – جدًا حتى أنه قد لا يكون من المفاجئ أن الخلايا العصبية في الكتينوفورات ظهرت بشكل مستقل عن الخلايا العصبية في الحيوانات الأخرى. وجدت ورقة بحثية حديثة أن الجزء الأكبر من الجهاز العصبي في الكتينوفورات يتكون من خلايا عصبية بدون مشابك، وهو ميزة لم يتم تأكيدها في أي مكان آخر في مملكة الحيوان. يقول آرندت: “لا يوجد مثال آخر على هذا النوع المتطرف من الجهاز العصبي”، ويضيف “ولكن هناك العديد من الأمثلة حيث يتم تقليص الأنظمة العصبية وتصبح بسيطة جدًا”.

يمكن لليزلي بابونيس، أستاذ مساعد في علم البيئة وعلم الأحياء التطوري في جامعة كورنيل، الذي يدرس أصل سمات الحيوان الجديدة، أن يتصور سيناريوهات حيث تطورت هذه الخلايا العصبية الغريبة لا تزال من نفس السلف المشترك للخلايا العصبية في سلاسل أخرى. تقول: “هناك الكثير من الأدلة التي تشير إلى أن الخلايا العصبية تطورت مرة واحدة في السلف المشترك لجميع الحيوانات وأن كل سلسلة … قامت بتعديل تلك الخلايا بطرق معقدة ومختلفة”. في الوقت نفسه، “إنها تتحدى أيضًا نظرتنا لأن هذه الحيوانات قد تتخلى عن هذه الأشياء المهمة” مثل الخلايا العصبية، وتقول.

لم يتوصل إلى توافق حتى الآن. يقول تلفورد: “نحتاج إلى معرفة المزيد، أعتقد، عن الأعصاب والخلايا العصبية وما هي السلف المشترك لهذه الخلايا”. وبالفعل، قد يتطلب فك تاريخ تطور الخلايا العصبية معالجة بعض الأساسيات حول كيفية ظهور الخلايا العصبية في المقام الأول. لم يتوصل علماء الأحياء إلى نموذج لكيفية تطور الخلايا العصبية مرة واحدة، ولا يزال الأمر غير مستقر. كان أحد المرشحين الرئيسيين هو “فرضية الدماغ الكيميائي”، المعروفة أحيانًا بـ “فرضية الشبكة العصبية الناقلة”، والتي تشير إلى أن السلف المشترك للخلايا العصبية كانت خلايا تعتمد فقط على الرسائل الكيميائية لإرسال الإشارات من خلال كائن حي. حصلت فرضية الدماغ الكيميائي على دفعة كبيرة في سبتمبر الماضي، بفضل الحيوانات المجهرية المجهرية المعروفة باسم البلازوزوان. البلازوزوان غير مرئية بدون مساعدة المجهر. إنهم يعيشون في المحيط، مثل الكتينوفورات، ولكنهم يتكونون فقط من عدة طبقات خلية، وأجسامهم غير منتظمة الشكل. وعلى عكس الكتينوفورات، ليس لدى البلازوزوان خلايا عصبية. بدلاً من ذلك، يعتمدون بشكل كبير على خلايا الببتيدرجيك المتخصصة، التي تفرز أو تستجيب لسلاسل قصيرة من الأحماض الأمينية، لقيادة أجسامهم الصغيرة باستخدام إشارات كيميائية فقط.

لا تعتبر خلايا الببتيدرجيك في البلازوزوان خلايا عصبية. إنها لا تستخدم النبضات الكهربائية، وتقتصر رسائلها إلى الخلايا المجاورة على إرسال إشارات إلى الخلايا الأخرى – على عكس الخلايا العصبية التي يمكنها إرسالها واستقبالها. ولكن وجد تحليل جديد أن لدى خلايا الببتيدرجيك بعض التشابهات الجينية المرعبة مع الخلايا العصبية وتحتوي على بروتينات مرتبطة بالهياكل الفيزيائية المحيطة بالمشابك في الأنظمة العصبية. وهذا يشير إلى نموذج لكيفية تطور الخلايا العصبية للحيوانات ويعزز الأعمال السابقة في إنشاء رابط بين الخلايا العصبية السرطانية وخلايا الأعصاب.

على الرغم من أن هذا البحث يدعم فرضية الدماغ الكيميائي، إلا أنه لا يستبعد نماذج أخرى لتطور الخلايا العصبية. إطار آخر من منتصف القرن العشرين يطلق عليه آرندت “فرضية الشبكة العصبية المتقلصة”، ويفترض أن الخلايا العصبية كانت في وقت ما جزءًا من “خلايا العضلات العصبية” الافتراضية التي قد تكون دمجت وظائف العضلات والخلايا العصبية. والأهم من ذلك، فإن فرضية الدماغ الكيميائي وفرضية الشبكة العصبية المتقلصة ليست متعارضتين.

يقول آرندت: “الخلايا العصبية، حتى ضمن سلسلة تطورية واحدة، قد تكون لها أصول مزدوجة. ربما يكون كلاهما صحيحًا ولكن يحدث في مواقع مختلفة في الجسم”. حتى أن أنواع مختلفة من المشابك في أدمغتنا لها أصول مختلفة. قد يتبين أن العديد من مكونات جهازنا العصبي قد تطورت أكثر من مرة – حتى لو يمكن تتبع الخلايا العصبية في الحيوانات إلى سلف واحد.

Source: https://www.scientificamerican.com/article/did-neurons-evolve-twice/