سال‌هاست که آکواریوم‌داران و زیست‌شناسان شیفته لب‌های ضخیم و برجسته‌ی برخی از گونه‌های ماهی سیکلید آفریقایی هستند. این ماهیان منحصر‌به‌فرد که در دریاچه‌های ویکتوریا، مالاوی و تانگانیکا یافت می‌شوند، همواره ذهن محققان را به خود مشغول کرده‌اند تا بفهمند این لب‌های بزرگ چگونه و چرا تکامل یافته‌اند.
این علاقه‌مندی باعث شکل‌گیری تحقیقات تازه‌ای شد که بر مقایسه ساختار لب، ترکیب بافت و بیان ژن در این ماهی‌ها تمرکز دارند.
هدایت پژوهش توسط متخصص ژاپنی
رهبری این پروژه تحقیقاتی را دکتر ناگاتوشی ماچی از مؤسسه فناوری توکیو برعهده دارد. تیم او با بررسی‌های میکروسکوپی و تحلیل‌های مولکولی در تلاش است تا عواملی را که باعث بزرگ شدن لب‌ها در برخی گونه‌ها می‌شود، شناسایی کند.
لب‌های سیکلید و پدیده تکامل موازی
ظهور ویژگی‌های مشابه در گونه‌های مختلف
پژوهشگران دریافته‌اند که گونه‌های مختلف سیکلید در دریاچه‌های متفاوت، ویژگی‌های مشابهی از جمله لب‌های بزرگ دارند، در حالی که از لحاظ تبارشناسی به هم نزدیک نیستند. این پدیده را «تکامل موازی» می‌نامند؛ یعنی شکل‌گیری مستقل ویژگی‌های مشابه در موجوداتی که به طور مستقیم با هم مرتبط نیستند.
«تکامل موازی مدرکی از انتخاب طبیعی است که به راه‌حل‌های سازگار با محیط منجر می‌شود.»
– جاناتان لوسوس، زیست‌شناس تکاملی دانشگاه هاروارد
دریاچه‌ها به‌عنوان آزمایشگاه‌های طبیعی
سکونت‌گاه‌های ایزوله و تنوع گونه‌ها
دریاچه‌های ویکتوریا، مالاوی و تانگانیکا مانند ایستگاه‌های تحقیقاتی طبیعی هستند. هر یک از این دریاچه‌ها مسیر تکامل منحصربه‌فردی را برای سیکلیدها طی کرده‌اند. با وجود تفاوت‌ها، بسیاری از گونه‌ها به‌طور مستقل، ویژگی‌هایی مشابه – از جمله لب‌های بزرگ – پیدا کرده‌اند.
مقایسه میان دریاچه‌ای
مقایسه گونه‌ها در دریاچه‌های مختلف به دانشمندان اجازه می‌دهد الگوهایی را شناسایی کنند که ممکن است در یک مکان منفرد نادیده گرفته شوند. این فرصت نادری است برای بررسی چگونگی تکرار تکامل در شرایط محیطی مشابه اما با نقطه‌های شروع متفاوت.
شناسایی پروتئین‌های سازنده لب
وجود لایه‌های غنی از پروتئوگلیکان
تحلیل‌های دقیق نشان می‌دهد که لب‌های ضخیم سیکلیدها دارای لایه‌ای غنی از پروتئوگلیکان‌ها هستند. این عناصر ساختاری در بافت‌هایی چون استخوان، غضروف، تاندون و پوست نیز یافت می‌شوند و نقش کلیدی در سازمان‌دهی بافت، آبرسانی و خواص مکانیکی ایفا می‌کنند.
پروتئین‌های کلیدی در لب‌های بزرگ
مطالعه‌ای روی سیکلیدهایی با لب‌های بزرگ نشان داد که پروتئین‌هایی مانند «کندروایتین سولفات پروتئوگلیکان» به مقدار زیادی در این لب‌ها وجود دارند. این ترکیب‌ها با افزایش حجم بافت پیوندی، به لب‌ها ظاهری برجسته می‌دهند.
رشد لب از سنین پایین آغاز می‌شود
آغاز زودهنگام بیان ژن‌ها
تیم تحقیقاتی دریافت که تفاوت در بیان ژن‌ها از مراحل ابتدایی زندگی آغاز می‌شود. حتی در ماهی‌های جوانی که هنوز لب‌های آن‌ها ضخیم نشده‌اند، ژن‌های مسئول ساخت اجزای ماتریکس خارج‌سلولی فعال‌تر هستند.
تنظیم پایدار در طول رشد
این یافته‌ها نشان می‌دهد که پایه‌های رشد بیش از اندازه لب‌ها در دوران نوزادی گذاشته می‌شود و سپس با رشد ماهی تقویت می‌شود. تداوم این بیان ژنی در سراسر دوره رشد، نشان‌دهنده وجود یک سیستم تنظیم‌شده دقیق است که باعث پایداری این ویژگی‌ها در نسل‌های مختلف می‌شود.
ژن‌هایی که پشت لب‌های بزرگ قرار دارند
نقش مسیر سیگنالی Wnt
پژوهشگران متوجه تغییراتی در ژن‌های مرتبط با شبکه سیگنالی Wnt شدند. این شبکه پروتئینی پیچیده، نقش اساسی در رشد، تقسیم، حرکت و توسعه سلول‌ها دارد. اگرچه بیشتر در دوران جنینی فعال است، اما در بزرگسالان نیز در حفظ و ترمیم بافت‌ها نقش دارد.
فعالیت مداوم ژن‌ها در مراحل مختلف
برخی از گونه‌های سیکلید با لب‌های بزرگ، بیان بالاتری از ژن‌های مرتبط با Wnt را هم در دوره جوانی و هم در بزرگسالی نشان دادند. این یافته نشان می‌دهد که مسیر Wnt ممکن است در طول زمان فعال باقی بماند و باعث گسترش بافت‌ها و افزایش مواد ماتریکس خارج‌سلولی شود.
شباهت‌های زیستی با انسان
ارتباط با اختلالات پوستی انسانی
یافته‌های اخیر پیوندی غیرمنتظره بین لب‌های بزرگ سیکلیدها و برخی شرایط پوستی در انسان ایجاد کرده‌اند. همان پروتئوگلیکان‌هایی که در لب ماهی‌ها یافت شده‌اند، در بیماری‌هایی مانند کلوئید در انسان نیز نقش دارند؛ شرایطی که در آن، بافت پیوندی بیشازحد رشد کرده و زخم‌هایی فیبری و برجسته ایجاد می‌کند.
نگهداری آب و افزایش حجم بافت
در هر دو گونه، این مولکول‌ها مقادیر زیادی آب را جذب و حفظ می‌کنند و به گسترش بافت کمک می‌کنند. محققان بر این باورند که درک عملکرد این پروتئین‌ها در سیکلیدها می‌تواند بینشی تازه درباره رشد بافت پیوندی در سایر موجودات، از جمله انسان، فراهم کند.
کاربرد احتمالی لب‌های بزرگ در تغذیه
محافظت و دسترسی بهتر به غذا
زیست‌شناسان مدت‌هاست درباره فواید اکولوژیکی لب‌های بزرگ در حال بحث هستند. برخی تحقیقات پیشین نشان می‌دهد این لب‌ها به ماهی کمک می‌کنند تا راحت‌تر به شکاف‌های سنگی نفوذ کنند یا هنگام جستجوی غذا، آسیب کمتری به بافت‌ها وارد شود.
افزایش دریافت محرک‌های محیطی
مسیر دیگری از تحقیقات پیشنهاد می‌کند که سطح بیشتر لب‌ها می‌تواند تماس با محرک‌های محیطی را افزایش دهد؛ عاملی که در یافتن طعمه در زیست‌گاه‌های پرپیچ‌و‌خم دریاچه‌های بزرگ آفریقا مفید است.
چرا همه سیکلیدها لب‌های بزرگ ندارند؟
نقش چندژنی در این ویژگی
با وجود محیط مشابه در دریاچه‌های آفریقای شرقی، همه گونه‌های سیکلید دچار رشد بیشازحد لب نمی‌شوند. دلیل این امر آن است که این ویژگی چندژنی است؛ یعنی به ترکیب ژن‌های متعددی بستگی دارد که هر کدام سهم کوچکی در شکل‌گیری آن دارند.
تعامل محیط و ژنتیک
فشارهای محیطی مانند نوع تغذیه یا روش جستجوی غذا، با گرایش‌های ژنتیکی در تعامل هستند. در گونه‌هایی که لب‌های ضخیم مزیت محسوسی ایجاد نمی‌کند، ژن‌های مسئول رشد لب ممکن است خاموش بمانند یا به‌گونه‌ای متفاوت رشد کنند، حتی اگر ابزار مولکولی لازم در اختیار باشد.
مسیرهای آینده پژوهش
مطالعه بر ژنوم سیکلیدها
مطالعات ژنتیکی نقاط مختلفی از ژنوم سیکلید را شناسایی کرده‌اند که ممکن است بر ضخامت لب تأثیر بگذارند. هر یک از این نقاط فشار کوچکی برای ایجاد لب‌های پُرتر وارد می‌کنند و با هم یک سازوکار پیچیده و گسترده را شکل می‌دهند.
ارتباط با اختلالات انسانی
بررسی‌های تازه درباره شباهت بین لب‌های بزرگ ماهی و برخی بیماری‌های بافت پیوندی انسانی آغاز شده است. برخی محققان امیدوارند این مقایسه‌ها به درک بهتر عملکرد کلاژن و سایر مولکول‌های ساختاری در موجودات مختلف در طول نسل‌ها کمک کند.
این مطالعه در نشریه eLife منتشر شده است.
