چگونه حشره‌خورها و سایر موجودات کوچک ضربان قلب فوق‌العاده سریعی دارند

1

آیا تا به حال به ضربان بی‌وقفه قلب خود که به طور منظم و با میانگین ۶۰ تا ۱۰۰ ضربه در دقیقه می‌تپد، فکر کرده‌اید؟ حالا تصور کنید موجودی بسیار کوچک‌تر از انسان که قلبش با سرعتی حدود ۱۰۲۰ ضربه در دقیقه می‌تپد. نه، این اغراق نیست؛ این موجود کوچک حشره‌خور است، موجودی به اندازه انگشت اشاره شما با قلبی شگفت‌انگیز.

معمای هنر طبیعت

ضربان قلب در حالت استراحت حشره‌خور تا ۱۷ ضربه در ثانیه می‌رسد، که حدود 10 تا 17 برابر سریع‌تر از ضربان قلب انسان است.

این پدیده زیستی سال‌ها دانشمندان را متحیر کرده است – چگونه چنین موجود کوچکی می‌تواند ضربان قلبی را حفظ کند که برای اکثر گونه‌ها کشنده خواهد بود؟

این پرسش اخیراً در یک مطالعه منتشر شده در مجله معتبر Science پاسخی یافته است.

راز قلب حشره‌خور

یک تیم بین‌المللی از محققان به رهبری ویلیام جویس در دوران پسادکترای خود در دانشگاه آرهوس (AU) و همکارش، پروفسور کوین کمپبل، به این ماموریت پرداختند تا راز قلب حشره‌خور را کشف کنند.

در جریان این تحقیق، آنها دریافتند که راز در پروتئین قلبی به نام «تروپونین I قلبی» نهفته است.

جویس که اکنون در مرکز ملی تحقیقات قلب و عروق کارلوس III (CNIC) در اسپانیا مشغول به کار است، توضیح می‌دهد: «ما کشف کردیم که بخشی حیاتی از پروتئین قلب که زمان استراحت قلب را تنظیم می‌کند، در حشره‌خورها و خویشاوندان نزدیک آنها، مانند موش کور، وجود ندارد.»

«این فقدان تکاملی به طور دائمی ترمزهای استراحت قلب را از بین می‌برد و اجازه می‌دهد قلب آنها بسیار سریع‌تر بتپد.»

حلقه مفقوده در زنجیره پروتئین

پروتئین تروپونین I قلبی برای عملکرد قلب حیاتی است. این پروتئین به یون‌های کلسیم در حین انقباض متصل می‌شود، فرآیندی که برای عملکرد عضله قلب ضروری است.

در اکثر پستانداران، این پروتئین دارای دو اسید آمینه سریین خاص است که در هنگام استرس یا فعالیت بدنی، با دریافت آدرنالین به طور موقت تغییر می‌کنند.

این تغییر به قلب اجازه می‌دهد که بین ضربان‌ها سریع‌تر استراحت کند و زمان بیشتری برای پر شدن خون فراهم شود، بنابراین ریتم ضربان بعدی را تنظیم می‌کند.

اما در مورد حشره‌خورها یک انحراف شگفت‌انگیز رخ می‌دهد.

کمپبل توضیح می‌دهد: «در یکی از نیاکان اولیه حشره‌خورها، ناحیه‌ای از DNA که دو سریین را کد می‌کند، غیرفعال شده است. این بدان معناست که پروتئین همیشه طوری عمل می‌کند که گویی با آدرنالین فعال شده، حتی زمانی که حیوان در حالت استراحت است، و این به حشره‌خورها اجازه می‌دهد تا به نرخ ضربان قلب بسیار بالایی دست یابند.»

حشره‌خورها، خفاش‌ها و ضربان قلب آنها

برای درک اینکه این تکامل به سمت نرخ‌های بالای ضربان قلب چگونه رخ داده است، تیم تحقیقاتی پروتئین قلبی را در خفاش‌ها مطالعه کرد. مانند حشره‌خورها، خفاش‌ها نیز دارای ضربان قلبی بیش از 1000 ضربه در دقیقه هستند.

کمپبل ادامه می‌دهد: «تحلیل ما نشان می‌دهد که برخی از گونه‌های خفاش می‌توانند در زمان تشکیل پروتئین، بخشی از ژن را که دو اسید آمینه سریین را کد می‌کند، نادیده بگیرند.»

به نظر می‌رسد که حشره‌خورها و موش‌های کور اولیه نیز همین توانایی را داشتند و تکامل به تدریج پروتئین‌های تروپونین I آنها را به گونه‌ای ترجیح داد که این منطقه به طور کامل از دست رفته است. این اجازه را به آنها داد که ضربان قلب خود را حتی بیشتر افزایش دهند.

پیامدهای این کشف برای انسان

یافته‌های مربوط به سازگاری قلب حشره‌خور بینش‌های جذابی در مورد مسیرهای احتمالی برای پیشرفت در بهداشت و پزشکی انسان ارائه می‌دهد.

درک چگونگی حذف اسیدهای آمینه سریین تنظیم‌کننده که منجر به افزایش ضربان قلب در حشره‌خورها می‌شود، می‌تواند الهام‌بخش راهبردهای درمانی جدیدی برای درمان بیماری‌های قلبی در انسان باشد.

برای مثال، دستکاری مسیرهای مشابه می‌تواند به توسعه درمان‌هایی کمک کند که شرایطی مانند ضربان قلب کند یا ناکارآمد را بهبود ببخشند.

با نشان دادن اینکه طبیعت چگونه با نیازهای متابولیکی بالا سازگار می‌شود، این اکتشافات ممکن است راه را برای نوآوری‌های پزشکی که این سازگاری‌های طبیعی را برای انسان تقلید می‌کنند، هموار کنند.

تحقیقات آینده درباره قلب حشره‌خور

این پژوهش نه تنها مسیرهای تکاملی حشره‌خورها و خفاش‌ها را روشن می‌کند، بلکه جبهه‌های جدیدی را در تحقیقات قلب و عروق می‌گشاید.

مطالعات آینده می‌تواند به بررسی عمیق‌تری از پایه‌های ژنتیکی و مولکولی که چنین ضربان‌های قلبی بالایی را امکان‌پذیر می‌سازند بپردازد، و این مکانیزم‌ها را برای کاربردهای ترجمه‌ای به خدمت بگیرد.

ادامه کاوش در کد ژنتیکی پروتئین‌های قلبی در گونه‌های مختلف ممکن است استراتژی‌های تکاملی بیشتری را کشف کند که هنوز درک نشده‌اند و به تنوع و سازگاری زندگی روی زمین نور بیفکند.

با بررسی این سازگاری‌های طبیعی، دانشمندان ممکن است استراتژی‌های جدیدی برای بهبود عملکرد قلب کشف کنند و بینش‌های بی‌سابقه‌ای هم در مورد سلامت انسان و هم زیست‌شناسی تکاملی ارائه دهند.

پیامدهای بالقوه برای زیست‌پزشکی

یافته‌های این مطالعه تنها اطلاعات جذابی درباره پستانداران کوچکی مانند حشره‌خورها و نرخ ضربان قلب آنها نیست. این یافته‌ها ممکن است پیامدهای وسیعی برای زمینه زیست‌پزشکی داشته باشند.

جویس اظهار می‌کند: «هدف ما این است که یافته‌های خود را به زیست‌پزشکی ترجمه کنیم. این به معنای بازسازی فرآیند برش ژن تروپونین I، همانطور که در خفاش‌ها مشاهده شده است، در موجودات مدل و شاید در نهایت در قلب انسان است تا از اثرات مفید آن تقلید کنیم.»

در واقع، پیامدهای این تحقیق بسیار گسترده است، از درک عمیق‌تر از مکانیک قلب گرفته تا شاید انقلاب در استراتژی‌های زیست‌پزشکی.

این یادآوری است که چقدر می‌توانیم از کوچک‌ترین موجودات بیاموزیم، موجوداتی که قلبشان درس‌هایی برای ما دارد که بسیار فراتر از ریتم انسانی ما است.

این مطالعه در مجله Science منتشر شده است.