حشره‌خوارها چگونه با کوچک‌کردن مغزشان از سرما جان سالم به در می‌برند؟
برخلاف حیواناتی مانند خرس‌ها که پیش از زمستان چربی ذخیره می‌کنند و متابولیسم خود را کاهش می‌دهند، حشرهخوار معمولی اوراسیایی (Sorex araneus) با متوسط طول عمر کمتر از یک سال، استراتژی متفاوتی دارد. این حیوان برای صرفه‌جویی در انرژی در روزهای سرد و تاریک زمستان، اندام‌های پرمصرف خود را کوچک می‌کند تا با ذخایر محدودش زنده بماند.
به‌گزارش ساینس‌آلرت، ترفند زیرکانه‌ی حشرهخوار معمولی برای زنده‌ماندن، به افتخار آگوست دنل، جانورشناس لهستانی «پدیده دنل» نام‌گذاری شده است. این روش می‌تواند باعث شود پستاندار کوچک با وزن ۵ تا ۱۲ گرم تا ۱۸ درصد از وزن خود را با کاهش دما از دست بدهد. این کاهش وزن چشمگیر شامل بیش از یک‌چهارم از جرم مغز نیز می‌شود؛ اما این بافت‌های از دست‌رفته در بهار بعدی دوباره رشد می‌کنند.
اکنون محققانی از ایالات متحده، آلمان و دانمارک موفق به شناسایی تعدادی از ژن‌های مسئول پدیده دنل شده‌اند. این پژوهش همچنین ارتباطات جالبی را با تغییرات ژنتیکی در انسان کشف کرده است که در طیف وسیعی از بیماری‌ها، از جمله بیماری آلزایمر، نقش دارند.
یافته‌های جدید تنها یک سال پس از آن منتشر شدند که همان محققان مجموعه‌ای از تغییرات متابولیکی را در کبد، قشر مغز و هیپوکامپ حشرهخوار شناسایی کردند. این تغییرات با کوچک‌شدن فصلی بدن حشرهخوار معمولی همراه است و به عقیده‌ی پژوهشگران، می‌تواند برای درمان بیماری‌های عصبی در انسان مفید باشد.
عکاس: National Institute on Aging / National Institutes of Health
تیم تحقیقاتی در مطالعه‌ی بعدی، تلاش کرد تا با مقایسه‌ی بیان ژن‌های هیپوتالاموس حشرهخوار معمولی با ۱۵ گونه‌ی دیگر از پستانداران متعلق به گروه‌های مختلف، درک بهتری از تکامل پدیده‌ی دنل به دست آورد.
هیپوتالاموس که نقش کلیدی در تنظیم متابولیسم حیوانات دارد، در واکنش به تغییرات فصلی فعالیت خود را تغییر می‌دهد و به همین دلیل، موضوع ایده‌آلی برای مطالعات علمی به شمار می‌رود. تیم تحقیقاتی با تحلیل مجموعه داده‌های موجود، صدها ژن را شناسایی کرد که در حشره‌خوارها فعال‌تر بودند و نسخه‌های مشابه این ژن‌ها در مغز سایر پستانداران، از جمله حشره‌خوارهای دیگر، جوندگان و نخستی‌سانان، بیان می‌شدند.
حشره‌خوارها با کوچک‌کردن مغز خود در زمستان، توانایی شگفت‌انگیزی در سازگاری با تغییرات محیطی نشان می‌دهند
ویلیام توماس، یکی از دانشمندان ارشد مطالعه و زیست‌شناس تکاملی از دانشگاه استونی بروک در ایالات متحده، می‌گوید: «ما مجموعه‌ای از داده‌های منحصربه‌فرد تولید کردیم که با آن توانستیم هیپوتالاموس حشرهخوار را در فصل‌ها و گونه‌های مختلف مقایسه کنیم.» او افزود آن‌ها گروهی از ژن‌ها را شناسایی کردند که در فصل‌های مختلف تغییر می‌کنند و در تنظیم تعادل انرژی نقش دارند. محققان همچنین ژن‌هایی را یافتند که مرگ سلولی را تنظیم می‌کنند و احتمالاً با کاهش اندازه مغز مرتبط هستند.
ژن‌های حشرهخوار که بیان آن‌ها با تغییر فصل دستخوش تغییر می‌شود، شامل چندین ژن با نقش در تنظیم سیگنال‌دهی کلسیم در مرز بین سیستم گردش خون و مغز (سد خونی مغزی) بودند. این یافته‌ها به تطابق‌هایی اشاره دارند که مسیرهایی را به سمت هیپوتالاموس می‌گشایند و توانایی این ناحیه را برای واکنش سریع به تغییرات محیطی تقویت می‌کنند.
یکی از توالی‌هایی که در مقایسه‌ی تنظیم ژن‌ها در پاییز و بهار برجسته بود، BCL2L1 بود؛ توالی‌ای که تصور می‌شود در مدیریت تخریب سلول‌های فردی نقش دارد. مقایسه‌ی اثرات نسخه‌های سالم و تغییر‌یافته‌ی RNA مربوط به ژن BCL2L1 روی کشت سلول‌های مغزی راسوی اهلی، این فرضیه را تأیید کرد. این یافته‌ها به تصویری پیچیده از سیگنال‌دهی و مرگ سلولی کمک می‌کند که مغز را در واکنش به تغییرات فصلی دستخوش تغییر می‌کند.
بیشتر بخوانید
محققان با مقایسه‌ی ژن‌های تنظیم‌شده در حشره‌خوارها با ژن‌های مشابه در گونه‌های مختلف پستانداران، پنج ژن را شناسایی کرده‌اند که به نظر می‌رسد در تکامل «پدیده دنل» نقش مهمی داشته باشند. این ژن‌ها شامل سه نمونه هستند؛ ژنی که پروتئین‌های غشایی را بازیافت می‌کند، ژنی که کارکرد غشای سیناپس‌ها در سلول‌های عصبی را مدیریت می‌کند و ژنی که در انسان‌ها با چاقی و بیماری آلزایمر مرتبط است.
حشره‌خوارها که زندگی کوتاهی دارند و باید خیلی سریع انرژی‌شان را مدیریت کنند، با فدا‌کردن تعداد مشخصی از نورون‌های مغزی، ذخیره‌ی انرژی‌شان را حفظ می‌کنند. برای این موجودات کوچک، این نوع استراتژی به بقا کمک می‌کند؛ اما در انسان‌ها، چنین تغییراتی خطرناک است و می‌تواند به مشکلات جدی مانند بیماری‌های عصبی منجر شود.
پژوهش‌ها نشان می‌دهند که مشکلات متابولیسم و بیماری‌های عصبی مانند آلزایمر به هم مرتبط هستند. بنابراین، بررسی چگونگی سازگاری حشره‌خوارها با کاهش عمدی اندازه‌ی مغزشان ممکن است بینش‌های جدیدی درباره تشخیص و درمان بیماری‌های عصبی در انسان ارائه دهد.
تحقیقات در مجله علمی eLife منتشر شده است.
