تکامل دندان ول‌ها؛ کشفی که تاریخچه تکاملی آن‌ها را بازنویسی کرد

1

یک تغییر بسیار جزئی در شیوه رشد دندان‌ها ممکن است مسیر تکامل ول‌ها (Voles) را دگرگون کرده باشد. در طی حدود شش میلیون سال، این تغییر رشدی باعث شد دندان‌های آسیاب ساده آن‌ها به ابزارهای پیچیده‌ای برای خرد کردن علف تبدیل شوند؛ ابزارهایی که با دقت بالا برای رژیم غذایی مبتنی بر گیاه سازگار شدند.

چگونه تغییر رشد دندان ول‌ها شکل گرفت

پژوهشگران فنلاندی با ردیابی دقیق این تحول، نشان دادند که تنظیمات تدریجی در الگوی رشد دندان‌ها باعث ایجاد نقاط برش جدید در طول دندان‌های آسیاب شد. نتیجه این فرآیند، شکل‌گیری دندان‌هایی بلند و مقاوم در برابر سایش بود؛ ساختارهایی که از نظر عملکردی با دندان‌های علف‌خواران بزرگی مانند اسب‌ها و فیل‌ها شباهت یافتند.

راز پشت تغییرات دندانی ول‌ها

فابین لافوما (Fabien Lafuma) از دانشگاه هلسینکی و همکارانش در این پژوهش پرسیدند که دندان‌های آسیاب چگونه بدون نیاز به تغییرات پیچیده ژنتیکی، توانستند برجستگی‌های جدیدی (cusp) به‌دست آورند.

«ما دریافتیم که یک تغییر ساده در روند رشد دندان، طی میلیون‌ها سال، عامل موفقیت این جوندگان کوچک بوده است.» — فابین لافوما

به‌تدریج که دندان‌های آسیاب بلندتر شدند، نقاط برجسته بیشتری روی سطح جویدن ایجاد شد. در خانواده جوندگان آرویکولینه (Arvicoline) شامل ول‌ها، لمینگ‌ها و موش‌های آبی، این ساختار به آن‌ها کمک کرد تا گیاهان سخت را به‌طور مؤثرتری خرد کنند.

تمرکز پژوهش بر دندان‌های عقبی

این گروه بر دندان‌های عقبی، که برای آسیاب کردن غذا استفاده می‌شوند، تمرکز داشتند. تغییرات شکلی در این بخش اهمیت زیادی دارد زیرا حتی افزایش جزئی در لبه‌های برش‌دهنده می‌تواند مقدار انرژی به‌دست‌آمده از علف را افزایش دهد.

تغییری ظریف، اما با اثر بزرگ

رشد دندان‌ها طبق توالی خاصی از سیگنال‌های بافتی انجام می‌شود. ساختاری به‌نام گره مینایی (enamel knot) که خوشه‌ای موقتی از سلول‌هاست و مکان برجستگی‌های آینده را تعیین می‌کند، در طول تشکیل هر برجستگی ظاهر و سپس ناپدید می‌شود.

این گره‌ها مانند مراکز سازمان‌دهنده عمل می‌کنند که سیگنال‌های تعیین‌کننده تعداد و موقعیت برجستگی‌ها را هماهنگ می‌سازند. تغییرات جزئی در زمان‌بندی یا فاصله میان گره‌ها می‌تواند این الگو را در طول دندان‌های بلندتر، چندین بار تکرار کند.

تیم لافوما دریافت که دندان‌های بلند و باریک‌تر از طریق همین قانون تکرار ساده، برجستگی‌های بیشتری ایجاد می‌کنند. این سیستم نیازی به نوآوری ژنتیکی گسترده ندارد و تنها به تغییر در پویایی رشد وابسته است.

در واقع، رشد دندان مسیر تغییر را تعیین کرد و سپس انتخاب طبیعی آن نسخه‌هایی را حفظ کرد که در محیط‌های سرد و باز، کارآمدتر علف را خرد می‌کردند.

دندان‌های بلند، نشانه دوام و بقا

جویدن علف باعث ایجاد خراش‌ها و سایش‌های فراوان در دندان‌ها می‌شود. در چندین تیره از جوندگان، دندان‌های عقبی به حالت هایپسلودونت (Hypselodont) یعنی دندان‌هایی که در تمام طول عمر رشد می‌کنند، تکامل یافتند تا در برابر سایش ناشی از گردوغبار و علف مقاومت کنند.

ول‌ها که در زیستگاه‌های استپی و توندرا زندگی می‌کنند، با همین فشارهای محیطی مواجه‌اند. افزودن لبه‌های برش‌دهنده بیشتر، قدرت خردکنندگی را افزایش داده و سایش ناشی از علف‌های غنی از سیلیس را جبران می‌کند.

تاج بلند دندان‌ها نیز تماس بیشتری از مینای دندان با غذا برقرار می‌کند و همین ویژگی موجب می‌شود دندان‌ها مدت بیشتری تیز باقی بمانند. این الگو شباهت زیادی به تکامل دندان‌های علف‌خواران بزرگی مانند اسب و فیل دارد که از تاج‌های بلند و سطوح بادوام برای جویدن گیاهان فیبری استفاده می‌کنند.

فسیل‌ها، شواهدی از تغییر در دندان‌های ول

پژوهشگران فسیل‌هایی را از دوره‌های مختلف زمانی جمع‌آوری کرده و نمونه‌های مدرن را با اسکن سه‌بعدی بررسی کردند. آن‌ها طول و عرض دندان‌های آسیاب را با تعداد برجستگی‌ها در امتداد تاج مقایسه نمودند.

نتیجه نشان داد که با افزایش طول دندان، تعداد برجستگی‌ها نیز به‌صورت پله‌ای افزایش یافته است. افزایش‌های پیچیدگی بیشتر، به‌مراتب بیشتر از بازگشت به حالت‌های ساده‌تر مشاهده شد.

گذار به اشکال پیچیده‌تر آهسته‌تر از تغییرات اولیه رخ داد، که این پدیده به محدودیت‌های رشدی در سیستم اشاره دارد؛ یعنی مرزهایی که مانع از تغییر بیش از حد در یک جهت خاص می‌شوند.

تطابق بین فسیل‌ها و جنین‌ها

تیم تحقیقاتی با مقایسه فسیل‌های ول‌ها و رشد دندان در جنین‌های گونه‌های مدرن، دریافت که همان پویایی رشدی که دندان ول‌ها را در رحم شکل می‌دهد، با روند تکامل آن‌ها در میلیون‌ها سال گذشته مطابقت دارد.

این پیوستگی، نمونه‌ای از مفهوم زیست‌شناسی تکوینی-تکاملی (Evo-Devo) است؛ دانشی که بررسی می‌کند چگونه تغییرات کوچک در رشد می‌توانند به نتایج بزرگ تکاملی منجر شوند.

در مورد ول‌ها، شواهد مستقیمی نشان می‌دهد که تکامل همیشه حاصل ساخت اجزای جدید نیست، بلکه گاهی تنها با تنظیم زمان‌بندی رشد موجودات رخ می‌دهد.

نقش دندان‌ها در مسیر تکامل ول‌ها

ویژگی‌های پیچیده می‌توانند از تغییرات کوچک رشدی سرچشمه بگیرند؛ پدیده‌ای که نشان می‌دهد گونه‌ها چگونه می‌توانند به سرعت با تغییر زیستگاه‌ها سازگار شوند.

«با نشان دادن اینکه چگونه رشد، مسیر سازگاری گونه‌ها را هدایت می‌کند، مطالعه دندان‌ها می‌تواند به ما کمک کند تا درک کنیم حیات چگونه به تغییرات محیطی واکنش نشان می‌دهد. چنین دانشی برای حفاظت از گونه‌ها در برابر بحران اقلیمی امروز حیاتی است.» — فابین لافوما

این پژوهش همچنین محدودیت‌های تکامل را برجسته می‌کند؛ چرا که برخی نوآوری‌ها به‌دلیل مقاومت برنامه‌های رشدی، زمان بیشتری برای بروز نیاز دارند.

دندان‌ها در حقیقت ثبت‌کننده این برنامه‌ها هستند — هم در فسیل‌ها و هم در بافت‌های زنده. این پیوند میان لایه‌های سنگی و آزمایشگاه‌های زنده نشان می‌دهد که چگونه رشد، مسیر روندهای بزرگ تکاملی را شکل می‌دهد.

نتایج این تحقیق در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS) منتشر شده است.

اگر این کشف علمی برایتان جالب بود، مقاله دیگر ما درباره نقش ژنتیک در تکامل پستانداران را مطالعه کنید و نظر خود را در بخش دیدگاه‌ها با ما در میان بگذارید.