راز زنده ماندن و بقا شانه داران فاش شد!

به گزارش مجله خبری نگار/برنا؛ هر بحثی در مورد اسرار اقیانوس بدون "ژله‌های شانه" یا ctenophores، ساکنان پر جنب و جوش در اعماق دریا، ناقص است. با ظرافت بقا که با تجربه‌ترین غواصان در اعماق دریا رقابت می‌کند، ctenophores نور جدیدی بر سازگاری و بقا در فشار‌های شدید می‌افکند. اما راز آنها چیست؟

یکی می‌پرسد، یک موجود ساده در اعماق دریا چگونه این همه فشار را به چالش می‌کشد؟ تیمی از محققان که شامل بیوفیزیکدان دانشگاه دلاور ادوارد لیمن و دانشجویان دکترا ساسوری وارگاس اوربانو و میگوئل پدرازا جویا هستند به ما پاسخ داده اند.

این مطالعه که توسط این دانشمندان، نویسنده اول جیکوب وینکوف، که اکنون در دانشگاه هاروارد است، استیون هادوک، یک زیست شناس دریایی MBARI و محقق اصلی پروژه ایتا بودین، یک استاد دستیار در دانشگاه سان دیگو، نوشته شده است، برخی از اخبار را دارد که به معنای واقعی کلمه عمیق است.

راز در چربی‌ها نهفته است. این ترکیبات شیمیایی چرب موجود در تمام سلول‌های زنده عملکرد‌های اساسی مانند ذخیره انرژی، ارسال سیگنال‌ها و کنترل آنچه از غشای سلولی عبور می‌کند را انجام می‌دهند. به نظر می‌رسد، برای ژله‌های شانه، لیپید‌ها نیز به عنوان گذرگاه آنها برای بقا در اقیانوس عمل می‌کنند.

این یافته‌ها در مورد سازگاری موجودات دریایی ممکن است ما را در مورد لیپید‌های موجود در سلول‌های عصبی ما، به ویژه نحوه عملکرد آن در مغز ما، آگاه کند. چه کسی فکر می‌کند مطالعه ژله می‌تواند به ما کمک کند تا خودمان را بهتر درک کنیم؟

Ctenophores چیست؟
آنها ممکن است مانند قندیل‌ها به نظر برسند، اما ctenophores یا "ژله‌های شانه ای" در واقع نوع دیگری از حیوانات دریایی به نام Ctenophora هستند. چیزی که آنها را خاص می‌کند ردیف‌های بشقاب‌های کوچک یا "چنگال" است که برای شنا استفاده می‌کنند.

این شانه‌ها نور را می‌گیرند و رنگین کمان‌های زیبا را در حالی که از طریق آب حرکت می‌کنند، ایجاد می‌کنند، که منظره‌ای است که هم دانشمندان و هم دوستداران اقیانوس را شگفت زده می‌کند. بیشتر اوقات، ژله‌های شانه‌ای شفاف یا کمی شفاف هستند. به جای نیش زدن، آنها شاخک‌هایی با سلول‌های چسبنده به نام colloblasts دارند تا غذای خود را بگیرند.

این موجودات شگفت انگیز با کمک به کنترل تعداد پلانکتون‌های حیوانی نقش مهمی در اقیانوس بازی می‌کنند. شیوه‌ی منحصر به فرد زندگی و زنده ماندن آنها در شرایط سخت اقیانوس، دانشمندان را کنجکاو و مشتاق می‌کند تا درباره‌ی آنها بیشتر بدانند. آنها شکارچیانی هستند که در اعماق مختلف اقیانوس پیدا می‌شوند و خودشان غذا می‌خورند و به عنوان منبع غذایی خدمت می‌کنند.

به گفته لیمن UD، این ctenophores اولین چیز‌هایی هستند که از بقیه حیوانات شاخه می‌شوند.

لایمن گفت: این بدان معنی است که من و شما بیشتر به یک قندیل نسبت به یک قندیل نسبت به یک ctenophore نزدیک هستیم. آیا داشتن یک قندیل دریایی به عنوان یک پسر عموی دور احساس خوبی ندارد؟

سازگاری در اعماق دریا
چیزی که جالب‌تر است این است که لایمن و تیمش در غشای سلولی ctenophores که در اعماق دریا زندگی می‌کنند، سازگاری پیدا کردند که آنها را قادر می‌سازد تحت فشار شدید زنده بمانند. یافته‌های آنها نشان داد که ctenophores در اعماق دریا دارای فراوانی عظیمی از مولکول لیپید، پلاسمالوژن است.
لایمن گفت: آنچه لیپید‌های پلاسمالوژن را جالب می‌کند این است که آنها اجازه می‌دهند غشای سلولی خم و تغییر شکل دهد، حتی در اعماق اقیانوس در فشار بالا، جایی که غشای آن در غیر این صورت بسیار سفت خواهد بود، و این یک سازگاری مفید است.

با انجام آزمایشات و شبیه سازی‌ها، لایمن و تیمش کشف کردند که این شیمی یک مولکول لیپید است که تعیین می‌کند که آیا می‌خواهد در غشایی که مسطح یا خمیده است، زندگی کند. پردازش داده‌ها برای شبیه سازی حدود ۵۰۰ نانو ثانیه طول می‌کشد حتی حدود یک ماه طول کشید تا ایجاد شود. در آخر، روشن بود. ساختار غشای ctenophore تحت فشار‌های مختلف تغییر می‌کند، که نشان می‌دهد لیپیدوم‌های ctenophore برای فشار بالا تخصصی هستند. به دلیل وزن آب که در بالا قرار دارد، دریای عمیق تحت فشار شدید برابر با صد‌ها اتمسفر است.

تحقیقات تیم در مورد اسرار ctenophore در اطراف E. coli، یک ساکن مشترک روده انسان، و پاسخ آن به فشار‌های شدید تحمل شده توسط ctenophore عمیق‌ترین خانه متمرکز بود.

دانشمندان اشاره کردند که چنین فشار‌هایی می‌تواند حدود ۵۰۰ برابر سطح اقیانوس باشد که یک عامل محدود کننده مهم برای رشد e. coli است. با این حال، هنگامی که این سلول‌ها قادر به سنتز لیپید‌های پلاسمالوژن بودند، قادر به تکثیر طبیعی بودند. یک پیچ و تاب جالب زمانی آشکار شد که این غشای سلولی در یک محیط دیجیتال شبیه سازی شد و تحت دمای و فشار‌های مختلف تحت آزمایش استرس قرار گرفت.

تیم UD نشان داد که در واقع لیپید‌های پلاسمالوژن بودند که این غشا‌ها را در فشار بالا انعطاف پذیر و سازگار نگه می‌داشتند.

عضو تیم Vargas-Urbano گفت: با استفاده از شبیه سازی‌های مولکولی-دینامیکی برای کشف این سیستم، ما توانستیم شرایطی را که حتی عمیق‌تر از این گونه‌های ctenophore در دریا یافت می‌شود، آزمایش کنیم تا ببینیم چه اتفاقی افتاده است.

نقش پلاسمالوژن‌ها
غشای سلولی ctenophores در اعماق دریا چربی‌های پلاسمالوژن بیشتری را در مقایسه با سایر گونه‌های موجود در نزدیکی سطح یا در قطب شمال حمل می‌کرد. یک نوع پلاسمالوژن، به نام PPE، به ویژه در موجودات دریای عمیق فراوان بود و شکل مخروطی مشخصی را نشان می‌داد.

طبق شبیه سازی‌های محققان UD و آزمایش‌های غشای مصنوعی با ساخت و وینکوف، افزایش حضور PPE منجر به پیچیدن غشای حتی تحت فشار پایین‌تر شد.

در آنچه که به عنوان یک وحی قابل توجه شناخته شد، یک ارتباط قابل توجهی بین مقدار پلاسمالوژن در غشای سلولی گونه ctenophore و جایی که می‌تواند زنده بماند، یافت شد. با این حال، هنگامی که غشاء ctenophores ساکن سطح با همتایان دریای عمیق خود در زیستگاه‌های طبیعی خود مقایسه شد، آنها ویژگی‌های مشابهی را از نظر تنظیم مولکولی در داخل سلول برای تثبیت غشاء نشان دادند.

دانشمندان این را "تطبیق هومیوکورواتور" نامیدند، مکانیزمی که در آن ctenophores و لیپیدوم‌های آنها با شرایط اقامت خود سازگار شده اند. این به طور بالقوه می‌تواند توضیح دهد که چرا بی مهره‌های اعماق دریا، از جمله ctenophores، وقتی به سطح آورده می‌شوند، تجزیه می‌شوند.

کتنوفور‌ها، لیپید‌ها و سلامت انسان
کشف اینکه چگونه زندگی با شرایط شدید اقیانوس سازگار می‌شود می‌تواند بینش ارزشمندی در مورد بدن انسان فراهم کند. همانطور که لیمن توضیح داد، لیپید‌های پلاسمالوژن موجود در کتنوفور‌ها نیز عمدتا در بافت عصبی در بدن انسان وجود دارد.

او گفت: سلول‌های عصبی مغز با ارسال مواد شیمیایی از یک سلول به سلول دیگر پیام‌ها را منتقل می‌کنند؛ و مقدار زیادی پلاسمالوژن در محل وجود دارد که در آن تمام انتقال سیناپسی در نورون‌های شما اتفاق می‌افتد. کاهش پلاسمالوژن با شرایطی مانند بیماری آلزایمر همراه است که نشان می‌دهد درک عمیق‌تر از پلاسمالوژن‌ها ممکن است مزایای بالقوه‌ای برای سایر زمینه‌های تحقیق داشته باشد.

به طور خلاصه، این مطالعه بینش جالبی در مورد مکانیسم‌های بقا موجودات در اعماق دریا ارائه می‌دهد. این نقش قابل توجه پلاسمالوژن‌ها را کشف می‌کند و اینکه چگونه حضور آنها بر سازگاری ctenophores با محیط آنها تأثیر می‌گذارد. علاوه بر این، پیامد‌های این تحقیق فراتر از زیست شناسی دریایی است، که به طور بالقوه بر درک ما از سلامت انسان، به ویژه عصب شناسی، تأثیر می‌گذارد و نقش حیاتی پلاسمالوژن‌ها را در مغز انسان روشن می‌کند. این مطالعه کامل در مجله Science منتشر شد.