رنگ موهای قرمز در انسان و پرهای نارنجی در برخی پرندگان، مدتها بهعنوان ویژگیهایی پرریسک از نظر تکاملی شناخته میشدند. این رنگها با رنگدانههایی مرتبط دانسته میشدند که میتوانند استرس سلولی را افزایش دهند، حتی در انسان خطر سرطان را بالا ببرند.
اما اکنون پژوهشی تازه نشان میدهد که در شرایطی خاص، همین رنگدانه نارنجی میتواند نقش محافظ سلولی ایفا کند، بهویژه هنگام مواجهه بدن با چالشهای تغذیهای خاص.
کشف «ابرقدرت سلولی» در رنگدانه نارنجی
در یک مطالعه کنترلشده در شورای ملی تحقیقات اسپانیا (CSIC)، زیستشناسان ۶۵ سهره گورخری (Zebra Finch) را بررسی کردند تا مشخص شود آیا خودِ رنگدانه میتواند آسیب متابولیک را محدود کند یا نه.
این پژوهش به سرپرستی دکتر «اسماعیل گالوان» انجام شد. تیم تحقیقاتی از تفاوت رنگ طبیعی این پرندگان استفاده کرد تا به یک معمای قدیمی تکاملی پاسخ دهد: چرا رنگدانهای که با هزینههای زیستی بلندمدت همراه است، همچنان در طبیعت باقی مانده است؟
با دستکاری همزمان رژیم غذایی و تولید رنگدانه، پژوهشگران بررسی کردند که آیا رنگ نارنجی فقط یک سیگنال ظاهری است یا یک راهبرد سلولی برای مدیریت مواد مغذی غنی از گوگرد.
هزینه زیستی رنگدانه نارنجی چیست؟
فئوملانین؛ رنگدانهای با دو روی متفاوت
دانشمندان این رنگدانه نارنجی تا قرمز را «فئوملانین» مینامند. این رنگدانه با گوگرد ساخته میشود، عامل رنگ موهای قرمز انسان و پرهای نارنجی سهرهها است.
با این حال، همین زیستشناسی رنگی با افزایش خطر ملانوما (نوعی سرطان پوست) مرتبط دانسته شده، موضوعی که دههها ذهن زیستشناسان تکاملی را درگیر کرده است.
اگر این رنگدانه فقط خطر ایجاد میکرد، انتخاب طبیعی باید گونههایی با ملانین تیرهتر و ایمنتر را ترجیح میداد.
نقش سیستئین؛ اسید آمینهای حیاتی اما خطرناک
وقتی مقدار سیستئین بیش از حد میشود
سلولها از «سیستئین» که یک اسید آمینه حاوی گوگرد است برای ساخت پروتئین استفاده میکنند. اما مقدار بیش از حد آن میتواند تعادل شیمیایی ظریف سلول را بر هم بزند.
در برخی شرایط، سیستئین به «سیستین» اکسید میشود. این فرایند میتواند به «دیسولفیدپتوز» منجر شود، نوعی مرگ سلولی ناشی از استرس دیسولفیدی.
از آنجا که فئوملانین از سیستئین ساخته میشود، تولید بیشتر این رنگدانه میتواند سیستئین اضافی را در شکلی پایدار، بیخطر ذخیره کند.
ارتباط با گلوتاتیون
این موضوع در سلولهای رنگدانهای اهمیت بیشتری دارد، زیرا سیستئین در تولید «گلوتاتیون» نیز نقش دارد؛ مولکولی کوچک که به خنثیسازی مواد واکنشپذیر کمک میکند.
آزمایش دارویی برای مهار تولید رنگدانه
برای آزمودن این فرضیه، تیم گالوان به برخی پرندگان مکمل سیستئین داد، در برخی دیگر تولید رنگدانه را متوقف کرد.
هر پرنده بهمدت یک ماه آبی حاوی حدود ۰٫۱ گرم در لیتر سیستئین نوشید.
برخی نرها همچنین داروی «ML349» دریافت کردند؛ دارویی که با فعال نگهداشتن یک گیرنده رنگدانهای، سنتز فئوملانین را مهار میکند.
پس از پایان دوره، آزمایش خون برای اندازهگیری «مالوندیآلدئید» انجام شد؛ شاخصی از آسیب اکسیداتیو ناشی از تجزیه چربیها.
نتایج: تفاوت معنادار میان نرها
در میان پرندگان نر، مهار فئوملانین نتایج روشنی ایجاد کرد.
نرهایی که هم سیستئین دریافت کردند، هم ML349، سطح بالاتری از مالوندیآلدئید داشتند نسبت به نرهایی که فقط سیستئین گرفته بودند، البته پس از در نظر گرفتن ظرفیت آنتیاکسیدانی.
تحلیل دادهها فعالیت ژنهای کنترلکننده آنتیاکسیدان در ملانوسیتها (سلولهای سازنده رنگدانه) را نیز لحاظ کرد.
این نتایج از یک سازوکار ساده حمایت میکند: تولید رنگدانه، سیستئین اضافی را مصرف میکند، در نتیجه مواد واکنشپذیر کمتری به سلول آسیب میزنند.
چرا مادهها این مزیت را نداشتند؟
پرندگان ماده تضاد طبیعی جالبی ایجاد کردند، زیرا آنها فئوملانین نارنجی در پرهای خود تولید نمیکنند.
وقتی مادهها آب غنی از سیستئین نوشیدند، سطح مالوندیآلدئید افزایش یافت نسبت به گروه کنترل.
داروی ML349 نیز تغییری در شاخصهای خونی آنها ایجاد نکرد، موضوعی قابل انتظار زیرا اساساً مسیر تولید این رنگدانه را ندارند.
بدون این مسیر رنگدانهای، سیستئین اضافی بیشتر یک بار متابولیک بود تا یک مزیت.
تبدیل اسید آمینه به پر
ساخت فئوملانین میتواند سیستئین آزاد سلولی را کاهش دهد، زیرا همان اسید آمینه برای تولید رنگدانه مصرف میشود.
درون «ملانوزومها» — بستههای ریز سازنده رنگ — ملانوسیتها فئوملانین را میسازند، سپس آن را به پرهای در حال رشد منتقل میکنند.
«نتایج نشان میدهد سنتز فئوملانین با دفع سیستئین اضافی به ساختارهای کراتینی بیاثر مانند پرها، از آسیب سلولی جلوگیری میکند.» — دکتر گالوان
البته همه بافتهای بدن چنین مسیری ندارند، بنابراین مدیریت سیستئین در اندامهای مختلف متفاوت است.
پیامدها برای انسانهای مو قرمز
در انسان، این رنگدانه بیشتر در موهای قرمز، پوست بسیار روشن دیده میشود.
یک مطالعه مدل موشی در سال ۲۰۱۲ نشان داد مسیر فئوملانین میتواند حتی بدون تابش فرابنفش، خطر ملانوما را افزایش دهد.
اما یافتههای سهرهها نشان میدهد رژیم غذایی، متابولیسم میتوانند این ریسک را تغییر دهند، زیرا میزان سیستئینی که سلولهای رنگدانهای باید مدیریت کنند، متفاوت میشود.
این پژوهش شامل آزمایش انسانی نبود، بنابراین هنوز مشخص نیست کدام غذاها سطح سیستئین پوست را بالا میبرند.
رنگدانه نارنجی؛ سپر محافظ سلولی
اگر فئوملانین به مدیریت سیستئین اضافی کمک کند، پرهای نارنجی ممکن است بهدلیل حل مشکلات فیزیولوژیک فراتر از زیبایی یا سیگنالدهی باقی مانده باشند.
انتخاب طبیعی میتواند ژنهای مرتبط با رنگدانه را حفظ کند، حتی اگر هزینههای بلندمدت داشته باشند، به شرطی که در شرایط محیطی یا رژیمی خاص استرس سلولی روزمره را کاهش دهند.
این بدهبستان تکاملی توضیح میدهد چرا الگوهای نارنجی، قرمز بارها در پرندگان، پستانداران، خزندگان تکرار شدهاند.
همچنین روایتهای ساده درباره اثرات سلامتی رنگدانهها را پیچیدهتر میکند؛ زیرا اثر زیستی آنها به همان اندازه که به ژنتیک وابسته است، به محیط، تغذیه نیز وابسته خواهد بود.
گام بعدی پژوهش
در مجموع، آزمایش سهرهها ارتباط میان رنگدانه نارنجی، تنظیم سیستئین، شاخصهای قابل اندازهگیری آسیب سلولی در خون را نشان داد.
گام بعدی بررسی این است که آیا پوست انسان نیز از مسیر ذخیرهسازی مبتنی بر رنگدانه استفاده میکند یا نه. همچنین پژوهشگران بررسی خواهند کرد که تغییر رژیم غذایی یا بیماریها چگونه سطح سیستئین را تغییر میدهند، آیا نقش محافظتی رنگدانه را دگرگون میکنند.
این مطالعه در نشریه PNAS Nexus منتشر شده است.
جمعبندی
کشف «ابرقدرت سلولی رنگدانه نارنجی» نشان میدهد فئوملانین فقط یک ویژگی ظاهری نیست، بلکه میتواند در شرایط خاص از سلولها در برابر استرس شیمیایی محافظت کند.
نظر شما درباره نقش محافظتی رنگدانهها چیست؟ دیدگاه خود را بنویسید، این مقاله را با علاقهمندان علم به اشتراک بگذارید.
