الكشف عن الجينات التي سمحت لأسلافنا بالسير بشكل مستقيم
كشف تشارلز داروين عن نظريته عن التطور عام 1859، في كتابه "أصل الأنواع". لكن الأمر استغرق 12 عامًا أخرى حتى يستجمع شجاعته ليعلن أن البشر تطوروا أيضًا.
في كتابه "أصل الإنسان"، المنشور عام 1871، زعم داروين أن البشر نشأوا من القرود. وكان أحد أعمق التغييرات التي خضعوا لها هو التحول إلى مشاة منتصبة.
كتب داروين: "لقد أصبح الإنسان وحده ذو قدمين". وأعلن أن المشي على قدمين كان أحد "الشخصيات الأكثر وضوحا" للإنسانية. وقد اكتشف العلماء الآن بعض الخطوات الجزيئية الحاسمة التي أدت إلى تلك الشخصية الواضحة منذ ملايين السنين. تشير دراسة نُشرت في مجلة Nature يوم الأربعاء إلى أن أسلافنا الأوائل أصبحوا يسيرون على قدمين، حيث بدأت الجينات القديمة في القيام بأشياء جديدة. أصبحت بعض الجينات نشطة في أماكن جديدة في الجنين البشري، بينما يتم تشغيل وإيقاف البعض الآخر في أوقات مختلفة.
لقد أدرك العلماء منذ فترة طويلة أن السمة الرئيسية للمشي منتصبا هي عظم يسمى الحرقفة. إنها أكبر عظمة في الحوض. عندما تضع يدك على وركك، فهذا هو الحرقفة التي تشعر بها.
يندمج كل من الحرقفة اليسرى واليمنى في قاعدة العمود الفقري. وتمتد كل حرقفة حول الخصر إلى مقدمة البطن، لتشكل شكلًا يشبه الوعاء. العديد من عضلات الساق التي نستخدمها في المشي ترتكز على الحرقفة. تدعم العظام أيضًا قاع الحوض، وهي شبكة من العضلات تعمل كسلة لأعضائنا الداخلية عندما نقف.
على الرغم من أهمية الحرقفة في الحياة اليومية، إلا أن العظام يمكن أن تكون أيضًا مصدرًا للمعاناة. يمكن أن يشتعل الحرقفة مع التهاب المفاصل، ويصبح هشًا في سن الشيخوخة، خاصة عند النساء، ويتعرض للكسر نتيجة السقوط. يمكن أن تؤدي الاضطرابات الوراثية إلى تشوهه، مما يجعل المشي صعبًا. يشكل الحرقفة أيضًا جزءًا كبيرًا من قناة الولادة - حيث يمكن أن يعلق الأطفال أحيانًا، مما يعرض حياة الأم للخطر.
ومع ذلك، وعلى الرغم من أهمية الحرقفة بالنسبة لنا، إلا أن تطورها ظل لغزًا منذ فترة طويلة. وقال تيرينس كابيليني، عالم الوراثة التنموية في جامعة هارفارد: "إنه أمر رائع بالنسبة لي". "إن الحرقفة ضرورية لكيفية مشينا وكيفية ولادتنا، ومع ذلك لا يُعرف عنها إلا القليل جدًا."
د. شرع كابيليني وزملاؤه في إجراء دراسة مكثفة للعظام. وكجزء من البحث، قام جاياني سينفيراثني، باحث ما بعد الدكتوراه في جامعة هارفارد، بفحص الأنسجة الجنينية البشرية من مستودع جامعة واشنطن. دكتور. أنشأ سينيفراثني نماذج ثلاثية الأبعاد للحرقفة البشرية أثناء تطورها في الأجنة. كما قامت بتحليل الأنواع المختلفة من الخلايا التي تتحد لتشكل العظام، بالإضافة إلى الجينات التي تعمل وتتوقف داخل تلك الخلايا.
ثم أجرت تجارب مماثلة على الفئران، حيث قامت بتشريح أجنتها وتحليل الخلايا في الحرقفة النامية. وبمقارنة النوعين، جمعت بعض الأدلة حول كيفية تطور الحرقفة الخاصة بنا.
ولكن كانت هناك حدود لما يمكن أن تخبرها به الفئران، حيث إنها لا ترتبط بالبشر إلا بشكل بعيد. للحصول على فكرة أفضل عن نوع الحرقفة التي ورثها البشر الأوائل، احتاجت الدكتورة سينفيراثني إلى إلقاء نظرة على الرئيسيات.
وتواصلت مع المتاحف في جميع أنحاء الولايات المتحدة وأوروبا لمعرفة ما إذا كان لديهم أي عينات من الرئيسيات. لقد تعقبت أجنة الشمبانزي والجيبون وغيرها من الأنواع المحفوظة في الجرار، ورتبت لأمناء المتحف أن يقوموا بمسحها ضوئيًا لها.
وفي أحد الأيام أثناء بحثها عن المواد، غادرت بوسطن قبل الفجر وتوجهت إلى المتحف الأمريكي للتاريخ الطبيعي في نيويورك. وهناك، قامت بتحميل السيارة بصناديق من الشرائح الزجاجية التي يبلغ عمرها 100 عام، ويحتفظ كل منها بشريحة من جنين الليمور. ثم قادت سيارتها عائدة إلى المنزل مباشرة.
قال الدكتور سينفيراثني: "كنت قلقًا من أن يتم إيقافنا من قبل الشرطة". "لكن الأمر كان يستحق العناء بالتأكيد. كنا في الواقع بحاجة إلى هذه المادة لإكمال قصتنا. "
إجمالاً، درس الباحثون 18 نوعًا مختلفًا من الرئيسيات. قال كاميل بيرثيلوت، عالم الوراثة التطورية في معهد باستور في باريس والذي لم يشارك في الدراسة: "إن حقيقة قيامهم بتجميع هذا العدد الكبير من العينات الجنينية كانت مثيرة للإعجاب حقًا".
د. وجدت سينفيراثني وزملاؤها أن الرئيسيات تطور الحرقفة بنفس الطريقة التي تتطور بها الفئران. يتشكل قضيبان صغيران من الغضاريف على جانبي العمود الفقري ومتوازيين معه. وتنمو القضبان وتندمج في العمود الفقري، وتحل الخلايا العظمية محل الغضروف.
د. اعتقدت سينفيراثني وزملاؤها أن الحرقفة البشرية قد تطورت من هذا المخطط القديم. لقد توقعوا أن كل حرقفة في الجنين البشري ستبدأ كقضيب من الغضروف موازٍ للعمود الفقري. وفي النهاية سيتوقف عن النمو في هذا الاتجاه ويتوسع للأمام.
قال الدكتور كابيليني: "يا للعجب، هذا ليس هو الحال". "إنها ليست عملية تدريجية. إنها في الواقع حركة كاملة."
فوجئ العلماء باكتشاف أن الحرقفة البشرية تبدأ كقضيب متعامد مع العمود الفقري؛ يشير أحد الطرفين إلى الأمام نحو البطن، والآخر يشير إلى الخلف. ويحتفظ القضيب الغضروفي بهذا الاتجاه أثناء نموه إلى الشكل النهائي للحرقفة.
"كان هذا مذهلًا بالنسبة لنا"، قال الدكتور كابيليني. "لا يمكنك العثور في أي مكان في جسم الإنسان على مكان غيّر فيه البشر الطريقة التي ننمو بها تمامًا."
وبالقدر نفسه من اللافت للنظر، يقول الدكتور. وجد كابيليني وزملاؤه أن الحرقفة لدينا تستخدم نفس شبكة الجينات النشطة في خلايا الحرقفة في الفئران؛ فهي تعمل بشكل مختلف.
في الأجنة البشرية، تقوم الخلايا الحرقفية بتشغيل الجينات وإيقافها بنمط جديد استجابةً للجزيئات التي تطلقها الخلايا المجاورة. والنتيجة هي تشكيل قضيب من الغضاريف في اتجاه جديد.
د. وقال بيرثيلوت أن هذه الفرضية منطقية. اكتشف باحثون آخرون أن تطور أجزاء أخرى من الهيكل العظمي كان مدفوعًا بتغييرات مماثلة في الجينات الموجودة. وقالت: "لا توجد طرق كثيرة يمكنك من خلالها تغيير شكل العظم".
د. يرى كابيليني وزملاؤه أن هذا الانقلاب كان حاسمًا في تطور المشي على قدمين. لقد سمح لأسلاف الإنسان الأوائل بتنمية نوع جديد من الحوض الذي يدعم عضلات قوية بما يكفي للمشي منتصبًا.
لكن الدراسة الجديدة تشير أيضًا إلى أن الحرقفة خضعت لتغير رئيسي ثانٍ بعد ملايين السنين، عندما طور البشر أدمغة كبيرة. اكتشف العلماء أن الحرقفة بطيئة في التحول من الغضروف إلى العظام، متخلفة حوالي 15 أسبوعًا عن بقية الهيكل العظمي. قال الدكتور كابيليني: "إنه تحول جذري فريد من نوعه".
د. ويشتبه كابيليني في أن هذا التحول حدث مع توسع أدمغة البشر الأوائل قبل حوالي مليون سنة. في حين أن الدماغ الكبير من المحتمل أن يعزز القدرات العقلية لأسلافنا، إلا أنه خلق أيضًا مخاطر جديدة. يمكن أن تعلق رؤوس الأطفال الكبيرة في قناة الولادة. فضل الانتقاء الطبيعي منحنيات جديدة على الحرقفة التي أعطت للأمهات البشريات قناة ولادة مستديرة، مما جعل الولادات أسهل.
د. يتطلع فريق كابيليني إلى مواصلة أبحاثهم لفهم تاريخ الحوض بشكل أفضل ومعرفة كيف جعلنا تطوره عند البشر عرضة لبعض الاضطرابات. لكن في مايو/أيار، أنهت إدارة ترامب تمويلًا بمليارات الدولارات لجامعة هارفارد، بما في ذلك المنحة التي دعمت أبحاث الحوض. في ذلك الوقت، كان الدكتور كابيليني وزملاؤه قد أكملوا عامين فقط من مشروع مدته خمس سنوات.
"نحن جميعًا نتساءل عما كان سيحدث بعد ذلك لو لم نفقد هذا التمويل"، قال الدكتور كابيليني.