شیر، زبان پنهان رشد، بقا و سازگاری در طبیعت است. بسیاری از این رازها تا زمانی که پژوهشگران عمیقتر بررسی نکنند، آشکار نمیشوند. فکهای خاکستری یکی از همین نمونههای شگفتانگیز هستند؛ جانورانی دریایی که تولههایشان از لحظه ترک ساحل با محیطی سرد و خشن روبهرو میشوند.
مادران برای حمایت از تولههای خود شیری تولید میکنند که سرشار از انرژی و قندهای منحصربهفرد است. پژوهشهای جدید نشان میدهد این شیر تا چه اندازه خارقالعاده است و چرا اهمیت آن فراتر از زیستشناسی دریایی است.
دانشمندان سالها تصور میکردند که پیچیدگی شیر انسان بیرقیب است. اما شیر فک خاکستری این دیدگاه را به چالش میکشد. قندهای موجود در شیر این جانور نهتنها فراوان هستند، بلکه ساختارهای شیمیایی جدید و کمسابقهای ایجاد میکنند که در دیگر پستانداران دیده نشدهاند.
پیچیدگی خارقالعاده شیر فک خاکستری
تولههای فک تنها هفده روز فرصت دارند تا شیر بخورند. هر ساعت این دوره کوتاه اهمیت حیاتی دارد. مادر باید در این بازه زمانی کوتاه، انرژی، محافظت و پشتیبانی ایمنی را به بالاترین حد ممکن برساند. بررسیهای علمی نشان داد که شیر آنها فراتر از انتظار پیچیده است.
«تحلیلهای ما نشان داد شیر فک خاکستری فوقالعاده پیچیده است. ۳۳۲ نوع مولکول قندی شناسایی کردیم که در مقایسه با حدود ۲۵۰ قند موجود در شیر انسان بسیار بیشتر است. دو سوم این قندها کاملاً ناشناخته و جدید هستند.»
— دانیل بوجار، استاد بیوانفورماتیک دانشگاه گوتنبرگ
او توضیح میدهد برخی از این مولکولها اندازهای دارند که قبلاً در هیچ پستانداری گزارش نشده بود. برخی از این ساختارها دارای زنجیرههای طولانی تکرارشونده هستند و برخی دیگر گروههای سولفات دارند که واکنش سیستم ایمنی را تغییر میدهد. تعدادی نیز دارای پیوندهای نادری هستند که در هیچ گونه دیگری ثبت نشدهاند.
این ویژگیها باعث میشوند نقشه قندی شیر فک بسیار متفاوت باشد و شباهت آن به شیر انسان بیشتر از شیر پستانداران اهلی باشد.
تغییر الگوی قندهای شیر در طول شیردهی
پژوهشگران برای نخستین بار شیر یک گونه پستاندار وحشی را در کل دوره شیردهی بررسی کردند. این کار به آنها امکان داد هر تغییر را از روزهای نخست تا پایان دوره شیردهی دنبال کنند.
نتایج نشان داد شیر روزهای اولیه با شیر روزهای پایانی متفاوت است. روزهای اول شامل قندهایی هستند که نقش دفاع سریع را بر عهده دارند. با گذشت زمان، قندهای پیچیدهتر و بزرگتری در ترکیب شیر ظهور میکنند.
«برای نخستین بار توانستیم قندهای شیر یک پستاندار وحشی را در کل دوره شیردهی تحلیل کنیم. این کار مهم است، زیرا ترکیب شیر در روزهای مختلف تغییر میکند و هر مرحله نیازهای متفاوتی دارد.»
— بوجار
این تغییرات به دلیل کوتاه بودن دوره شیردهی بسیار سریع اتفاق میافتند. با این حال، الگو شبیه شیر انسان است؛ با این تفاوت که فکها این روند را در دو هفته فشرده میکنند.
چرا شیر فک اینقدر پیچیده است؟ نقش حیاتی حفاظت از تولهها
برخی از قندهای شیر با پروتئینهای ایمنی پیوند ایجاد میکنند. برخی دیگر به سطح ویروسها یا باکتریها متصل میشوند و واکنش سیستم ایمنی را تغییر میدهند. آزمایشها نشان داد قندهای تازهشناساییشده هنگام تماس با سلولهای ایمنی انسان، نحوه واکنش این سلولها را تغییر میدهند.
«قندها به پروتئینهای مختلف موجود در سیستم ایمنی متصل میشوند. ما این مولکولها را روی سلولهای انسانی آزمایش کردیم و مشاهده کردیم که میتوانند واکنش سلولها را نسبت به تهدیدات مختلف تنظیم کنند.»
— بوجار
این واکنشها گاه موجب تقویت سیگنالهای آرامشبخش میشوند. در موارد دیگر، نشانگرهای التهابی را کاهش میدهند. کوچکترین تفاوت ساختاری میان دو قند مشابه میتواند رفتار کاملاً متفاوتی ایجاد کند؛ نشانهای از فشار تکاملی شدید برای ایجاد کنترل دقیق در این سیستمهای زیستی.
قدرت شیر فک در مقابله با باکتریهای مضر
یکی از یافتههای جذاب پژوهش این بود که قندهای شیر فک خاکستری میتوانند باکتریهایی را که معمولاً بیوفیلم تشکیل میدهند، مهار کنند. بیوفیلمها لایههایی چسبنده و مقاوم اند که درمان عفونت را دشوار میکنند.
نکته مهم این است که قندهای شیر بدون کند کردن رشد باکتریها، تشکیل بیوفیلم را مختل کردند. این موضوع احتمال ایجاد مقاومت دارویی را کاهش میدهد.
- برخی قندها بیوفیلم استافیلوکوک را مهار کردند.
- برخی دیگر بیوفیلم کلبسیلا را هدف قرار دادند.
- اختلافهای جزئی ساختاری عملکرد متفاوتی ایجاد کرد.
این نتایج نشان میدهد مولکولهای طبیعی موجود در شیر فک خاکستری میتوانند الهامبخش درمانهای جدید باشند.
رازهای پنهان در گونههای وحشی
این مطالعه بسیاری از فرضیات قدیمی درباره پستانداران غیرانسانی را تغییر میدهد. تنوع قندهای شیر فک خاکستری نهتنها با شیر انسان برابری میکند بلکه گاهی از آن هم پیچیدهتر است.
بسیاری از ساختارهای تازه کشفشده در هیچ منبع علمی دیگری گزارش نشدهاند. این سطح از تنوع نشان میدهد که گونههای وحشی گنجینههای ناشناختهای دارند.
«این مطالعه پتانسیل عظیم پزشکی نهفته در گونههای وحشی را نشان میدهد. ما تنها گروهی هستیم که شیر پستانداران کمترشناختهشده را با این سطح از دقت بررسی میکنیم. ده گونه را تحلیل کردهایم و از هر کدام مولکولهای جدید یافتهایم. نمونههای متعلق به ۲۰ گونه دیگر نیز آماده بررسی است.»
— بوجار
پیام مهم این تحقیق روشن است: طبیعت کمبودی در ایدههای نو ندارد. قندهای شیر فک خاکستری الگوهایی ارائه میدهند که میتوانند راهنمای تولید شیرخشکهای بهتر، تقویت ایمنی و روشهای کنترل عفونت باشند.
آینده پژوهشها: کشف ساختارهای جدید در شیر گونههای وحشی
این نگاه گستردهتر به شیر فک خاکستری، درک ما از تغذیه اولیه را دگرگون میکند. هر قند در این ترکیب پیچیده نقشی متفاوت دارد:
- برخی نقش محافظتی دارند.
- برخی سیگنالدهی ایمنی را تنظیم میکنند.
- برخی محیط روده را شکل میدهند.
این شبکه پیچیده حاصل میلیونها سال تکامل در آبهای سرد و سخت است. با ادامه تحقیقات روی شیر گونههای وحشی، ساختارهای بیشتری شناسایی خواهد شد؛ ساختارهایی که میتوانند کاربردهای پزشکی و زیستی جدیدی به همراه داشته باشند.
شیر فک خاکستری تنها نمونهای اولیه از گنجینههای پنهانی است که در طبیعت منتظر کشف شدن هستند.
این مطالعه در نشریه Nature Communications منتشر شده است.
اگر این مقاله برای شما جالب بود، دیدگاه خود را با ما به اشتراک بگذارید و دیگر مطالب علمی مرتبط با زیستشناسی و سلامت را در سایت مطالعه کنید.
