رنگ مایع حیات موجودات: کشف راز خون‌های آبی، سبز، بنفش و سفید در دنیای طبیعی

زمانی که انگشت‌مان بریده می‌شود یا دچار خون‌دماغ می‌شویم، همواره مایعی با طیفی از رنگ قرمز را مشاهده می‌کنیم. این تجربه‌ی معمولی ما را به این نتیجه می‌رساند که خون تمام موجودات زنده نیز قرمزرنگ است؛ اما باید توجه داشته باشیم که در طبیعت استثناهای جالبی وجود دارد. از اختاپوس‌های با خون آبی تا مارمولک‌های با خون سبز و ماهی‌هایی که حتی یک گلبول قرمز هم ندارند، رنگ خون در دنیای جانوران از تنوع بیشتری برخوردار است از آنچه که به آن فکر می‌کنیم.

به نقل از مجله‌ی اسمیتسونین، رنگ خون جانوران به مولکول‌هایی بستگی دارد که مسئول جابه‌جایی اکسیژن در بدن هستند. در حالی که انسان و بیشتر مهره‌داران از هموگلوبین برای این منظور استفاده می‌کنند، گروهی از بی‌مهرگان به پروتئین‌های متفاوتی متکی هستند که رنگ‌های کاملاً متفاوتی به خون می‌دهد.

رنگ قرمز خون انسان ناشی از هموگلوبین است؛ پروتئینی غنی از آهن که در گلبول‌های قرمز قرار دارد و وظیفه‌ی اصلی آن انتقال اکسیژن می‌باشد. وقتی اکسیژن به آهن موجود در هموگلوبین متصل می‌شود، خون رنگ قرمز روشنی می‌گیرد. با کاهش میزان اکسیژن، رنگ خون نیز تیره‌تر می‌شود و به حالت قرمز مایل به قهوه‌ای تغییر شکل می‌دهد.

با این حال، همه‌ی جانوران به هموگلوبین برای انتقال اکسیژن وابسته نیستند. اختاپوس‌ها، ماهی‌های مرکب و سخت‌پوستانی مانند خرچنگ‌ها و میگوها از پروتئینی به نام هموسیانین بهره می‌برند. تفاوت کلیدی هموسیانین در عنصر فلزی موجود در آن‌هاست. در حالی که هموگلوبین آهن دارد، هموسیانین حاوی مس است و هنگام اتصال به اکسیژن رنگ آبی به خود می‌گیرد.

در برخی دیگر از بی‌مهرگان دریایی، خون حتی به رنگ بنفش درمی‌آید. بازوپایان و کرم‌های بادام‌زمینی که در بستر دریا زندگی می‌کنند، از پروتئینی به نام همریترین برای انتقال اکسیژن استفاده می‌کنند. این پروتئین، برخلاف هموسیانین، حاوی آهن است، اما ساختار متفاوت آن باعث می‌شود در حالت متصل به اکسیژن رنگ بنفش داشته باشد.

احتمالاً تصور خون سبز بیشتر یادآور موجودات فضایی در فیلم‌های تخیلی است؛ اما چندین گونه مارمولک در گینه‌ی نو واقعاً چنین خونی دارند. جالب اینجاست که این مارمولک‌ها نیز همانند انسان برای انتقال اکسیژن از هموگلوبین استفاده می‌کنند. اما تفاوت اصلی در چگونگی تجزیه‌ی هموگلوبین و همچنین دفع مواد حاصل از آن است.

به هنگام تجزیه‌ی هموگلوبین، ماده‌ای سبزرنگ تحت عنوان بیلی‌وردین تولید می‌شود. این ماده در بدن انسان نیز وجود دارد و افزایش غلظت آن می‌تواند در تغییر رنگ بافت‌ها مؤثر باشد. برای مثال، بیلی‌وردین یکی از ترکیباتی است که در تغییر رنگ کبودی‌ها مشاهده می‌شود.

در بدن بیشتر مهره‌داران، بیلی‌وردین به سرعت به ترکیبات دیگری تبدیل می‌شود؛ اما مارمولک‌های گینه‌ی نو مقادیر بالایی از آن را در خون و بافت‌های خود جمع‌آوری می‌کنند. سطح این رنگدانه در بدن آن‌ها چنان بالا می‌رود که رنگ سبز آن بر رنگ قرمز هموگلوبین تسلط می‌یابد. لذا خون این جانور به‌جای رنگ قرمز، سبز دیده می‌شود.

یکی از توضیحات ممکن، تجمع عنصر وانادیوم در خون این جانوران است. همچنین فرضیه‌ی دیگری به رژیم غذایی آن‌ها اشاره می‌کند. آب‌دزدک‌های دریایی از فیتوپلانکتون‌ها تغذیه می‌کنند و در فرآیند متابولیسم این مواد غذایی، رنگ‌دانه‌هایی به نام کاروتنوئید تولید می‌شود که قادرند رنگ زرد، نارنجی یا قرمز داشته باشند.

شاید عجیب‌ترین نمونه‌ی خون در میان مهره‌داران متعلق به گروهی از ماهی‌های ساکن آب‌های منجمد جنوبگان باشد. یخ‌ماهی‌های خانواده‌ی Channichthyidae تنها مهره‌داران شناخته‌شده‌ای هستند که نه گلبول قرمز دارند و نه هموگلوبین تولید می‌کنند. خون این ماهی‌ها به‌جای قرمز، تقریباً بی‌رنگ و نیمه‌شفاف بوده و ظاهری سفید و شیری دارد. جان پاستلث‌ویت، متخصص ژنتیک تکوینی دانشگاه اورگن، توصیف می‌کند که ظاهر این ماهی‌ها شبیه موجودات روح‌مانند است.

اما سوال مهم‌تری مطرح است: چگونه موجودی بدون گلبول قرمز و هموگلوبین زنده می‌ماند؟

در بدن انسان، هموگلوبین بخش زیادی از اکسیژن مورد نیاز بافت‌ها را جابه‌جا می‌کند؛ اما یخ‌ماهی‌ها به اکسیژنی متکی هستند که به‌طور مستقیم در پلاسمای خون حل می‌شود.

چندین ویژگی به بقای این ماهی‌ها کمک می‌کند. آب‌های یخ زده جنوبگان می‌توانند مقدار زیادی اکسیژن محلول در خود داشته باشند. همچنین، یخ‌ماهی‌ها در مقایسه با دیگر ماهی‌های این منطقه، قلب بزرگ‌تر و شبکه‌ی مویرگی گسترده‌تری دارند که به آن‌ها این امکان را می‌دهد که حجم بیشتری از خون را در بدن خود به گردش درآورند.

شیوه‌ی شکار آن‌ها نیز با این نوع گردش خون سازگار است؛ یخ‌ماهی‌ها به‌جای تعقیب سریع طعمه، اغلب در کمین می‌مانند و در نتیجه، انرژی کمتری مصرف می‌کنند و به همین دلیل نیاز آ‌ن‌ها به اکسیژن نیز کاهش می‌یابد.

با این‌همه سازگاری‌ها، دانشمندان هنوز نمی‌دانند که چرا اجداد یخ‌ماهی‌ها به مرور توانایی تولید هموگلوبین را از دست داده‌اند.

پاستلث‌ویت و همکارانش در یک پژوهش ژنتیکی، ژنوم چندینگونه ماهی را مورد بررسی قرار دادند تا دلیل حذف ژن‌های مرتبط با تولید هموگلوبین را کشف کنند. هنوز مشخص نیست که این ماهی‌ها ابتدا گلبول‌های قرمز خود را از دست داده‌اند یا توانایی تولید هموگلوبین را. یکی از فرضیه‌های پژوهشگران این است که فراوانی اکسیژن در آب‌های سرد اقیانوس جنوبی موجب کمبود وابستگی این ماهی‌ها به هموگلوبین شده و زمینه را برای از بین بردن آن فراهم کرده است.

تنوع رنگ خون جانوران تنها به رنگ آن محدود نمی‌شود. حتی در گونه‌هایی که خونی قرمز دارند، هموگلوبین می‌تواند بنا به شرایط محیطی تغییرات چشم‌گیری را تجربه کند.

موش گوزنی یکی از این جانوران است. این موش کوچک قادر است در ارتفاع نزدیک به ۴٬۳۰۰ متر از سطح دریا زندگی کند. در این ارتفاع، بسیاری از انسان‌ها با علائم ارتفاع‌زدگی رو به رو می‌شوند.

راز موفقیت موش گوزنی در بخشی در هموگلوبین خونش نهفته است. این هموگلوبین در جریان تکامل تغییر کرده و می‌تواند با قابلیت بالاتری به اکسیژن متصل شود. تغییرات مشابه را نیز در هموگلوبین مرغ‌های مگس‌ آند و برخی قورباغه‌های ساکن ارتفاعات مشاهده کرده‌اند.

این جانور برای جبران این محدودیت، سازگاری‌های دیگری نیز یافته است؛ از جمله تعداد بیشتر میتوکندری در بافت‌های عضلانی که کمک می‌کند تا از اکسیژن به نحو بهتری استفاده کند.

تحلیل خون جانوران تنها برای درک تنوع زیستی اهمیت ندارد. پژوهشگران بر این باورند که برخی از سازگاری‌های تکاملی می‌توانند سرنخ‌هایی برای درمان بیماری‌ها در انسان به همراه داشته باشند.

به‌ عنوان نمونه، بررسی هموگلوبین موش‌های گوزنی که در ارتفاعات زندگی می‌کنند، ممکن است به توسعه‌ی روش‌هایی برای مقابله با کمبود اکسیژن در بدن انسان کمک کند. چیورون بیان می‌کند که این پژوهش‌ها می‌تواند برای درمان بیماری‌هایی مانند بیماری مزمن انسدادی ریه (COPD) موثر باشد.

از طرف دیگر، یخ‌ماهی‌های ساکن جنوبگان که بدون گلبول قرمز و هموگلوبین زندگی می‌کنند، نمونه‌ای کاملاً متفاوت از سازگاری‌های سیستم گردش خون را به نمایش می‌گذارند.

با توجه به اینکه نزدیک به دو میلیارد نفر در قریب به دو میلیارد نفر در جهان دچار کم‌خونی هستند، دانشمندان امیدوارند که درک دقیق‌تر سازوکارهای فیزیولوژیکی این ماهی‌ها بتواند به شناسایی راهکارهای درمانی جدید کمک کند. هرچند این کاربردها در حال حاضر در حد نظری و مسیرهای پژوهشی باقی مانده‌اند.

پاستلث‌ویت درباره‌ی توانایی شگفت‌انگیز یخ‌ماهی‌ها برای زندگی بدون هموگلوبین اظهار می‌کند: «مشخص است که یخ‌ماهی‌ها راه خود را پیدا کرده‌اند.»

هارمونی رنگ و ترکیب خون در جانوران نشان‌دهنده‌ی این است که فرایند تکامل برای مسئله‌ای راه‌حل‌های متنوعی یافته است؛ از پروتئین‌های حاوی مس در اختاپوس‌ها تا خون تقریباً شفاف یخ‌ماهی‌ها، هر یک از این سازگاری‌ها نمایانگر بخشی از تاریخ تکاملی حیات بر روی زمین هستند.