آرکی‌ها (Archaea) ارگانیسم‌های بسیار کوچکی هستند که تنها یک سلول دارند و اغلب با باکتری‌ها اشتباه گرفته می‌شوند. این موجودات در همه‌جا زندگی می‌کنند؛ از دریاچه‌های نمکی گرفته تا درون دستگاه گوارش انسان. با این حال، معمولاً توجه زیادی به آن‌ها نمی‌شود.
در ظاهر، آرکی‌ها شباهت زیادی به باکتری‌ها دارند، اما از نظر ژنتیکی به گیاهان و حیوانات نزدیک‌ترند.
کشفی شگفت‌انگیز در مورد آرکی‌ها
تحقیقات جدید نشان می‌دهد که آرکی‌ها توانایی انجام کاری را دارند که پیش‌تر تصور می‌شد تنها در موجودات پیچیده‌تر دیده می‌شود. دانشمندان کشف کرده‌اند که آرکی‌ها در شرایط فیزیکی خاصی می‌توانند رفتاری مشابه موجودات چندسلولی از خود نشان دهند.
این یافته می‌تواند نگرش ما را نسبت به ابتدایی‌ترین ساختارهای حیات و چگونگی تکامل پیچیدگی زیستی تغییر دهد.
چه چیزی آرکی‌ها را منحصر‌به‌فرد می‌کند؟
دیواره سلولی منعطف به جای ساختار سخت
آرکی‌ها برخلاف بسیاری از باکتری‌ها دیواره سلولی سخت ندارند. آن‌ها به‌جای آن دارای سطحی پروتئینی و انعطاف‌پذیر هستند. این ویژگی باعث شد تا دانشمندان به آن‌ها بیشتر توجه کنند.
«نبود دیواره سلولی پیوندی، ساختاری پویا اما کم‌ثبات را به وجود می‌آورد که احتمالاً باعث می‌شود آرکی‌ها ‘نرم’ و نسبت به فشارهای مکانیکی حساس باشند»،
— الکس بیسون، دانشگاه برندایز
همین حدس اولیه باعث شد تیم تحقیق بررسی کند که تحت فشار مکانیکی چه اتفاقی برای این سلول‌های «نرم» می‌افتد.
نتیجه؟ رفتاری کاملاً غیرمنتظره و پیچیده
از موجودی ساده تا ساختارهای شبه‌چندسلولی
آزمایش روی گونه Haloferax volcanii
تیم تحقیقاتی گونه‌ای به نام Haloferax volcanii را مورد مطالعه قرار داد که به بقا در محیط‌های شدید مانند زمین‌های نمکی معروف است.
زمانی که سلول‌های این آرکی تحت فشار مکانیکی قرار گرفتند، رفتار غیرمنتظره‌ای از خود نشان دادند. آن‌ها مانند موجودات تک‌سلولی تقسیم نشدند.
بلکه بزرگ‌تر شده و ساختارهای سازمان‌یافته‌ای شبیه به بافت تشکیل دادند. حتی این خوشه‌ها حاوی چندین نسخه از ماده ژنتیکی بودند.
«اولین کسی که این رفتار خارق‌العاده را مشاهده و توصیف کرد، تئوفی رادوس، نویسنده اول پروژه بود»،
— الکس بیسون
«الیویا لِلَند، یکی از نویسندگان اول مقاله، به‌درستی این فرایند را به خمیر ترش در حال پف‌کردن تشبیه کرد؛ سلول‌ها له شده و سپس به‌جای تقسیم، پهن‌تر و بلندتر می‌شدند.»
توانایی پنهان آرکی‌ها برای سازمان‌یافتگی
این دگرگونی فیزیکی نشان می‌دهد که آرکی‌ها با وجود قدمت بسیار زیادشان، ظرفیت پنهانی برای سازمان‌یافتگی ساختاری دارند.
«اینکه چنین رفتاری تنها با یک محدودیت فیزیکی ساده تحریک می‌شود و شامل بازآرایی اسکلت سلولی و هم‌زمان‌سازی سلول‌هاست، نشان می‌دهد ظرفیت سازمان‌یافتگی ساختاری در زیست‌شناسی ریشه‌ای‌تر از آن چیزی است که فکر می‌کردیم»،
— تئوفی رادوس
آیا پیچیدگی، ویژگی‌ای همگانی در طبیعت است؟
نگاهی دوباره به منشأ حیات پیچیده
این مطالعه فقط درباره آرکی‌ها نیست، بلکه چالش بزرگی برای فرضیات موجود در مورد تمام اشکال حیات محسوب می‌شود.
«کار ما نشان می‌دهد که ظهور پیچیدگی در حیات، محدود به شاخه‌های خاصی از درخت حیات نیست – بلکه ویژگی‌ای عمیق‌تر و بنیادین‌تر است که حتی در نژادهایی که نادیده گرفته شده‌اند نیز وجود دارد»،
— ویکرام آلوه، موسسه ماکس پلانک زیست‌شناسی، توبینگن
«این پژوهش همچنین قدرت ترکیب ژنومیک تطبیقی با ویژگی‌های مشهود را نشان می‌دهد؛ روشی که سال‌ها پیشرفت‌های مهمی در گیاهان و حیوانات ایجاد کرده است»،
— پدرو اسکودِیرو، پژوهشگر پسادکترا در گروه آلوه
پاسخ چندسلولی به فشار مکانیکی
درک جدید از رفتار زیستی
مشاهدات صورت‌گرفته از Haloferax volcanii نشان می‌دهد که این آرکی توانایی منحصربه‌فردی برای گذار از حالت تک‌سلولی به ساختارهای چندسلولی پیچیده، تنها با اعمال فشار مکانیکی دارد.
«اینکه آرکی‌ها می‌توانند ساختارهایی با ویژگی‌های پیچیده شبیه به بافت تشکیل دهند، نشان می‌دهد طبیعت می‌تواند از مواد اولیه‌ای که ساده به‌نظر می‌رسند، ویژگی‌های پیچیده بسازد»،
— الکس بیسون
جهتی تازه در زیست‌شناسی سلولی
آیا دیگر موجودات تک‌سلولی هم چنین قابلیتی دارند؟
نتایج این پژوهش ممکن است محدود به آرکی‌ها نباشد.
«ما دریافتیم که فشار مکانیکی می‌تواند منجر به چندسلولی‌شدن شود – یافته‌ای بسیار شگفت‌انگیز!»،
— تنمای بهارت، آزمایشگاه MRC زیست‌شناسی مولکولی، کمبریج
این کشف نشان می‌دهد که دیگر ارگانیسم‌های تک‌سلولی نیز ممکن است توانایی نهفته‌ای برای ایجاد ساختارهای چندسلولی داشته باشند – در صورتی که در معرض شرایط مناسب قرار گیرند.
انعطاف‌پذیری، کلید انطباق
مدت‌ها تصور می‌شد آرکی‌ها در محیط‌های تنگ عملکرد خوبی ندارند، احتمالاً به‌دلیل پوشش بیرونی انعطاف‌پذیرشان. اما حالا مشخص شده همین انعطاف‌پذیری ممکن است کلید انطباق و سازمان‌یافتگی آن‌ها باشد.
پرسش‌های جدید برای تحقیقات آینده
این یافته‌ها پرسش مهمی را مطرح می‌کند:
آیا چندسلولی‌شدن حالتی رایج‌تر و در دسترس‌تر از آن چیزی است که پیش‌تر تصور می‌کردیم؟
این پژوهش دانشمندان را به بازنگری در منشأ حیات پیچیده دعوت می‌کند – نه فقط از راه ژنتیک، بلکه با توجه به نیروهای فیزیکی که زیست را از بیرون شکل می‌دهند.
اطلاعات پژوهش
این مطالعه توسط پژوهشگرانی از دانشگاه برندایز، آزمایشگاه زیست‌شناسی مولکولی MRC در کمبریج و موسسه زیست‌شناسی ماکس پلانک در توبینگن انجام شده است.
متن کامل مقاله در ژورنال Science منتشر شده است.
