به گزارش اطلاعات آنلاین به نقل از Live Science، دانشمندان کشف کرده‌اند که الگوهای پیچیده فولیکول‌های مو در پستانداران ممکن است از یک فرآیند فوق‌العاده ساده ناشی شوند که شامل دنبال کردن سیگنال‌های شیمیایی توسط سلول‌ها می‌شود. این یافته‌ها یک نظریه قدیمی را به چالش می‌کشد و نشان می‌دهد که چگونه طبیعت می‌تواند الگوهای بیولوژیکی پیچیده را بدون یک طرح کلی دقیق ایجاد کند.
مدت‌ها قبل از تولد یک پستاندار، پوست او شروع به ایجاد مکان‌های دقیقی می‌کند که در نهایت مو در آنجا رشد خواهد کرد. این فولیکول‌های موی در حال رشد، آرایش‌های هندسی پیچیده‌ای را تشکیل می‌دهند که از گونه‌ای به گونه دیگر متفاوت است. اما چه چیزی تعیین می‌کند که هر فولیکول کجا ظاهر شود و بدن چگونه چنین الگوهای منظمی را ایجاد می‌کند؟
محققان دانشگاه ژنو (UNIGE) فرآیندی شگفت‌آور و ساده را شناسایی کرده‌اند که ممکن است به توضیح این راز بیولوژیکی کمک کند. این تیم با مطالعه چگونگی حرکت سلول‌ها در پاسخ به سیگنال‌های شیمیایی، مدلی را توسعه داده‌اند که با موفقیت شکل‌گیری الگوهای فولیکول مو را در دو گونه پستاندار بازسازی می‌کند. یافته‌های آنها نشان می‌دهد که ساختارهای بیولوژیکی پیچیده می‌توانند به طور طبیعی از تعاملات اساسی بین سلول‌های همسایه پدیدار شوند.
این کشف می‌تواند به توضیح یک پدیده بسیار گسترده‌تر در طبیعت کمک کند. مو، پرها و بیشتر انواع فلس‌ها به عنوان ساختارهای کوچکی به نام پلاکودها شروع می‌شوند که در طول رشد جنینی ظاهر می‌شوند. دانشمندان دهه‌ها را صرف بررسی چگونگی ایجاد آرایش‌های متمایز دیده شده در گونه‌های مختلف حیوانات توسط این ساختارهای اولیه کرده‌اند.
به چالش کشیدن یک نظریه دیرینه در مورد رشد مو
برای موش‌های آزمایشگاهی (Mus musculus)، توضیح اصلی به طور سنتی مدل القای انبساط بوده است. این نظریه پیشنهاد می‌کند که وقتی یک پلاکود جدید ظاهر می‌شود، ماده شیمیایی آزاد می‌کند که از نزدیک شدن پلاکودهای اضافی به آن جلوگیری می‌کند.
با رشد و کشش پوست جنین، برخی از نواحی به اندازه کافی از پلاکودهای موجود دور می‌شوند تا از تأثیر ماده شیمیایی فرار کنند. پلاکودهای جدید می‌توانند در آن فضاها توسعه یابند و به تدریج الگوی کامل‌تری را در سراسر پوست ایجاد کنند.
اگرچه این توضیح به طور گسترده پذیرفته شده است، اما دانشمندان به طور تجربی ثابت نکرده‌اند که می‌تواند تنوع الگوهای فولیکولی موجود در گونه‌ها را توضیح دهد.
مکانیسم ساده‌تر برای تشکیل فولیکول مو
برای بررسی احتمال دیگر، محققان بر فرآیندی به نام کموتاکسی تمرکز کردند. کموتاکسی زمانی رخ می‌دهد که سلول‌ها در پاسخ به تفاوت در غلظت‌های شیمیایی حرکت می‌کنند. همین فرآیند اساسی به هدایت گلبول‌های سفید خون به سمت نواحی التهابی کمک می‌کند و به سیستم ایمنی اجازه می‌دهد تا در جایی که لازم است پاسخ دهد.
محققان یک مدل ریاضی ایجاد کردند که چگونگی تعامل سلول‌های متحرک در درم با یک سیگنال شیمیایی جاذب آزاد شده توسط اپیدرم، لایه بیرونی پوست را ردیابی می‌کند. سپس آنها رشد پوست جنینی را شبیه‌سازی کردند تا ببینند آیا این تعاملات می‌توانند باعث ظهور تدریجی پلاکودها شوند یا خیر.
نکته قابل توجه این است که این مدل الگوهای رشدی مشاهده شده در موش‌های آزمایشگاهی، از جمله همان توالی تشکیل فولیکول را بازسازی کرد که دانشمندان قبلاً با استفاده از نظریه القای انبساط توضیح داده بودند. این نشان می‌دهد که ممکن است برای تعیین محل رشد فولیکول‌ها، به یک سیستم پیچیده از دستورالعمل‌ها نیازی نباشد.
«محمد ابراهیمی» و «ابراهیم جهانبخش»، محققان گروه ژنتیک و تکامل، توضیح می‌دهند: "یافته‌های ما نشان می‌دهد که الگوهای مشاهده شده نیازی به یک سیستم پیچیده برای تعیین محل تشکیل هر پلاکود ندارند. در عوض، پلاکودها به طور خودجوش از تعاملات محلی بین سلول‌ها و سیگنال‌های شیمیایی پدیدار می‌شوند."
یک فرآیند ساده، الگوهای موی متفاوتی ایجاد می‌کند
تیم در مرحله بعد بررسی کرد که آیا همین مکانیسم می‌تواند آرایش فولیکول‌ها را در پستاندار دیگری با ساختار پوشش بسیار متفاوت توضیح دهد یا خیر.
آنها موش خاردار (Acomys dimidiatus) را انتخاب کردند؛ جونده‌ای که فولیکول‌های موی آن با الگویی غیرمعمول و منظم و با جهت‌گیری قوی رشد می‌کنند. این سازماندهی متمایز را نمی‌توان با مدل سنتی القای انبساط توضیح داد.
محققان با استفاده از اطلاعات تجربی جمع‌آوری شده از تصاویر سه‌بعدی از پوست جنینی در حال رشد، شبیه‌سازی‌های خود را برای انعکاس ویژگی‌های بیوشیمیایی خاص موش خاردار و نحوه رشد پوست آن تطبیق دادند.
نتایج نشان داد که همان فرآیند اساسی پاسخ سلول‌ها به سیگنال‌های شیمیایی می‌تواند الگوی فولیکول بسیار سازمان‌یافته موش خاردار را نیز بازتولید کند. تفاوت‌های بین این دو گونه را می‌توان با تغییرات در تعاملات سلولی، خواص شیمیایی و رشد پوست آنها توضیح داد، نه با مکانیسم‌های کاملاً متفاوت.
این یافته‌ها نشان می‌دهد که تنوع قابل توجه ساختارهای یافت شده در سراسر قلمرو حیوانات ممکن است از مجموعه‌ای مشترک از قوانین بیولوژیکی نسبتاً ساده ناشی شود. با تنظیم نحوه تعامل و پاسخ سلول‌ها به محیط اطرافشان، طبیعت می‌تواند الگوهای کاملاً متفاوتی ایجاد کند؛ بدون اینکه نیاز به یک طرح توسعه جداگانه برای هر گونه باشد.
تعاملات ساده سلولی می‌توانند تنوع قابل توجهی از معماری‌های بافتی مشاهده شده در طول تکامل را ایجاد کنند. بنابراین، تفاوت‌های مشاهده شده بین گونه‌ها ناشی از همان فرآیند خودسازماندهی است، اما با تغییراتی در تعاملات بین سلول‌ها و سیگنال‌های شیمیایی.