ما احتمالاً مفاصل خود را از... یک ماهی به ارث برده‌ایم
تاریخ انتشار:
ما چه وجه اشتراکی با ماهی‌ها داریم؟
ماهی‌ها و دیگر مهره‌داران چه ویژگی‌هایی را با هم به اشتراک می‌گذارند؟ نوع مفاصلی که ما (و بیشتر مهره‌داران) داریم، احتمالاً از یک جد مشترک نشأت گرفته است. اما این ویژگی، ویژگی‌ای نیست که با تمام مهره‌داران مشترک باشد.
انسان‌ها، دیگر مهره‌داران خشکی و ماهی‌های دارای فک، دارای مفاصل سینوویال هستند. حفره‌ی روغن‌کاری شده در این مفاصل، آنها را قابل حرکت‌تر و پایدارتر می‌کند زیرا به استخوان‌ها یا غضروف‌ها اجازه می‌دهد بدون اصطکاک بر روی یکدیگر سر بخورند، که این امر حرکت را تسهیل می‌کند.
منشأ این مفاصل
منشأ این مفاصل هنوز نامشخص بود. اکنون، زیست‌شناس نیلیما شارما از دانشگاه شیکاگو و همکارانش به بررسی این موضوع پرداخته‌اند که کدام ماهی‌ها این نوع مفصل را تشکیل می‌دهند. مفاصل سینوویال در ماهی‌های دارای فک وجود دارند، اما در ماهی‌های بدون فک وجود ندارند. این سوال را به وجود آورد که آیا این مفاصل فقط ویژگی‌ای از اسکلت‌های استخوانی به طور کلی هستند یا اینکه در ماهی‌های دارای اسکلت غضروفی، مانند کوسه‌ها و اسکیت‌ها نیز وجود دارند (هیچ حیوان خشکی با اسکلت غضروفی وجود ندارد).
همانطور که شارما و تیمش دریافتند، ماهی‌های غضروفی دارای فک، مانند جنین‌های اسکیت که مورد مطالعه قرار دادند، این مفاصل را توسعه می‌دهند، در حالی که ماهی‌های بدون فک، مانند لامپری‌ها و ماهی‌های هگ، فاقد آنها هستند.
این چه معنایی دارد؟
اگر ماهی‌های دارای فک مفاصل سینوویال را با تمام مهره‌داران دارای فک، از جمله ما، به اشتراک می‌گذارند، باید در جد مشترک ما تکامل یافته باشد.
چیزی عجیب در گذشته ما
در حالی که جد مشترک مهره‌داران دارای مفاصل سینوویال هنوز یک معماست، قدیمی‌ترین نمونه‌ای که شواهدی از این مفاصل دارد، Bothriolepis canadensis است، ماهی‌ای که حدود ۳۸۷ تا ۳۶۰ میلیون سال پیش در دوره‌ی دوونین میانه تا اواخر زندگی می‌کرد.
زمانی که شارما از اسکن CT برای مطالعه یک فسیل Bothriolepis استفاده کرد، یک حفره مفصلی بین شانه و باله سینه‌ای مشاهده کرد. اینکه آیا این حفره با مایع سینوویال یا غضروف پر شده بود، غیرممکن است که بگوییم، اما به هر حال، او فکر می‌کند که به نظر می‌رسد مانند یک مفصل سینوویال عمل کرده است. فسیل‌های ماهی‌های اولیه بدون فک، برعکس، هیچ نشانه‌ای از مفاصل سینوویال ندارند.
شارما و تیمش در یک مطالعه که به تازگی در PLOS Biology منتشر شده است، گفتند: "فسیل‌های مربوط به گروه‌های منقرض شده در امتداد [ماهی‌های دارای فک] نشان می‌دهد که مفاصل با سطوح متقابل در اسکلت پوستی جد مشترک تمام مهره‌داران دارای فک به وجود آمده است. مفاصل سینوویال در بافت غضروفی یک نوآوری بعدی در گناتواستوم‌ها بوده است." این نشان می‌دهد که ابتدایی‌ترین مفاصل در استخوان‌های پوستی به وجود آمده‌اند که زیر پوست به ساختاری صفحه‌ای مانند آنچه در استخوان‌های جمجمه یافت می‌شود، شکل می‌گیرد. اما به نظر می‌رسد که مفاصل سینوویال بعداً به وجود آمده‌اند، که این احتمال را مطرح می‌کند که آنها با تکامل استخوان‌ها ظاهر شده‌اند.
حرکت شما
برای بررسی اینکه آیا ماهی‌های غضروفی مفاصل سینوویال ما را به اشتراک می‌گذارند، شارما به مطالعه اسکیت‌های کوچک (Leucoraja erinacea) پرداخت و مورفولوژی مفاصل آنها را با لامپری‌های دریایی (Petromyozon marinus) و ماهی‌های هگ (Myxine glutinosa)، دو نوع ماهی بدون فک، مقایسه کرد. او دریافت که اسکلت‌های هر دو لامپری و ماهی‌های هگ از قطعات غضروفی تشکیل شده‌اند که توسط عضله، بافت همبند یا غضروف بیشتری به هم متصل شده‌اند. در بین آنها هیچ حفره‌ای وجود نداشت.
اسکلت یک اسکیت کوچک بالغ نشان داد که فکی دارد که بسیار شبیه به یک مفصل سینوویال حرکت می‌کند و اینکه مفاصل باله سینه‌ای و لگنی آن نیز به گونه‌ای ساخته شده‌اند که شبیه مفاصل سینوویال هستند، با حفره‌های روغن‌کاری شده بین استخوان‌ها که به آنها کمک می‌کند که بر روی یکدیگر سر بخورند.
سپس جنین‌های اسکیت‌های کوچک مورد مطالعه قرار گرفتند تا ببینند که حفره‌سازی واقعاً چه زمانی اتفاق می‌افتد. استخوان‌های آنها تا مراحل بعدی توسعه، حفره‌سازی لازم برای مفاصل سینوویال را تجربه نمی‌کنند. در آن مرحله، مفاصل در فک و لگن اولین مفاصلی هستند که حفره‌سازی می‌شوند. این فرآیند در گونه‌های دارای اسکلت استخوانی مشابه است.
دقیقاً قبل از اینکه مفاصل آنها حفره‌سازی شوند، جنین‌های اسکیت کوچک شروع به تولید پروتئین آگرکان می‌کنند. این برای عملکرد غضروف مفصل حیاتی است زیرا ساختار ژل هیدراته‌اش به غضروف قدرت بیشتری می‌دهد. آگرکان ابتدا در تمام اسکلت تولید می‌شود و سپس در مفاصل متمرکز می‌شود. چندین پروتئین دیگر نیز برای تشکیل مفاصل در مهره‌داران خشکی لازم است (به‌ویژه، اعضای خانواده مولکول‌های سیگنال‌دهنده TGF-beta) و این پروتئین‌ها نیز در مفاصل فک، لگن و باله سینه‌ای جنین‌های اسکیت کوچک در حین توسعه فعال بودند.
مفاصل سینوویال همچنین بدون فعالیت عضلانی نمی‌توانند توسعه یابند، که در توسعه مفاصل در جنین‌های مرغ و موش حیاتی است—و مفاصل سینوویال جنین‌های اسکیت کوچک نیز به طور مشابه توسعه می‌یابند. برخی از جنین‌های اسکیت کوچک به‌طور عمدی درست قبل از اینکه مفاصل آنها شروع به حفره‌سازی کنند، فلج شدند. در حالی که جنین‌هایی که فلج نشده بودند به فرآیند حفره‌سازی ادامه دادند، مفاصل حفره‌سازی شده در آنهایی که فلج بودند تشکیل نشد.
نتیجه‌گیری
ما هنوز فسیلی از جد مشترک تمام مهره‌داران دارای مفاصل سینوویال کشف نکرده‌ایم. با این حال، تیم شارما توانست نشان دهد که آنها در ماهی‌های غضروفی دارای فک به همان شیوه‌ای که در ماهی‌های استخوانی توسعه می‌یابند، توسعه می‌یابند، اما در ماهی‌های بدون فک یافت نمی‌شوند، به این معنی که این جد مرموز نیز باید یک مهره‌دار دارای فک بوده باشد.
محققان در همان مطالعه گفتند: "نتایج ما با چنین مطالعات عملکردی سازگار است که نشان می‌دهد [ماهی‌های غضروفی دارای فک]، مانند تتراپودها، به مفاصل سینوویال برای نمایش حرکات قابل توجه فک و باله‌ها وابسته هستند. اما به جز بقیه مهره‌داران، نتایج ما وجود آنها را در [ماهی‌های بدون فک] تأیید نمی‌کند."
ما نه شبیه ماهی‌ها هستیم، نه مانند ماهی‌ها حرکت می‌کنیم، نه زیر آب نفس می‌کشیم و نه (این احتمالاً بهتر است) بوی ماهی می‌دهیم، اما به نوعی، حتی اگر برای انواع مختلف حرکات استفاده شوند، مفاصل ما به همان شیوه‌ای که مفاصل ماهی‌ها ساختار یافته‌اند، ساخته شده‌اند. تکامل حس شوخی دارد.
