مورفوژنز چیست و چه نقشی در تکامل اشکال حیاتی دارد؟

مورفوژنز چیست؟ مورفوژنز تکامل عناصر موجود زنده را بررسی می‌کند.

مورفوژنز و تکامل اشکال حیاتی

همچنین حوزهٔ تحقیقاتی لکشمیناریان مهدوان، استاد ریاضی کاربردی، زیست شناسی و فیزیک تکاملی و ارگانیک دانشگاه هاروارد است. او در سخنرانی خود در مجمع عمومی ریاضی (PLUM) در دوک، به آغاز مورفوژنز دارسی ونتور تامپسون، نویسندهٔ کتاب رشد و فرم اعتبار بخشیده‌است.

از منظر ریاضی، مورفوژنز بر چگونگی میزان تغییرات اشکال ارگانیسم‌ها همچون تکامل تمرکز دارد. تعداد، اشکال و موقعیت سلولی عوامل اولیهٔ مولکولی مورفوژنز چندسلولی را شامل می‌شود، که ساختارهای بزرگ‌تری را نسبت به ساختار تک‌سلولی مورد مطالعه قرار می‌دهد و موضوع تمرکز مهدوان است.

تأثیرات بافتی از طریق تغییرات اندازه، اتصال و شکل، تغییرات فنوتیپی یا همان ظاهری آشکار می‌شود. همهٔ این متغیرها در زمان و مکان تغییر می‌کنند. مطالعات مورفولوژیکی پروفسور مهدوان که بر روی شاخه‌های گیاه، روده و مغز انجام شده‌، ارائه شده‌است.

پژوهش‌ها درمورد شاخه‌های گیاهان اغلب بر این سؤال تمرکز دارند که «چرا شاخه‌های گیاه در چنین طیف گسترده‌ای از جهات رشد می‌کنند و شکل‌گیری آن‌ها چگونه است؟» تصویر زیر نشان می‌دهد که رویش شاخه‌های گیاهان در مسیرهای کاملاً مستقیم و متناسب با تکیه‌گاه انجام می‌شود.

آیا مورفوژنز قادر به تبیین این تفاوت‌ها می‌باشد؟ توسط مدل‌سازی ریاضی، دو محرک برای شکل شاخه‌ها تعیین شد: گرانش و خود گیاه. علاوه بر این، کشسانی به عنوان تابعی از وزن شاخه‌ها، در مدل‌های ریاضی اشکال شاخه‌ها نقش بازی می‌کند که در مقالهٔ مهدوان و همکارانش ارائه شده‌است. همچنین، مهدوان تشکیل گل‌ها و برگ‌ها را توسط مطالعات مورفوژنز شرح داده‌است.

درون بدن، روده بیش از بیست فوت پیچ خورده‌است. برای جای‌گیری روده در داخل بدن پستانداران، باید آن‌ها به شکل فنر و حلقه باشند. اما چه متغیرهایی چگونگی قرارگیری این فنرها را تعیین می‌کنند؟ برای یافتن پاسخ این سؤال، مهدوان و سایر محققان جنین‌های جوجه را مورد مطالعه قرار دادند. مشاهده شد که در طی دوازده روز، طول فنرها بیش از بیست‌برابر افزایش یافته‌است. آنان توانستند با استفاده از لوله‌ای پلاستیکی که به  یک ورقه متصل شده بود، مدل فیزیکی‌ای ایجاد کنند که الگوهایی مشابه با آنچه در جوجه دیده شد را فراهم سازد. به‌واسطهٔ مشاهدات آن‌ها نه تنها در جوجه‌ها، بلکه در بلدرچین و موش، مهدوان مشخص نمود که مورفولوژی روده‌ها هیچ‌گونه وابستگی به ژنتیک و سایر عوامل میکروسکوپی ندارد.

چگونگی تاخوردگی‌های مغز در تصاویر MRI جنین انسان در حال رشد، توسط مهدوان مطالعه شد. در ابتدا تقریباً هیچ‌گونه تاخوردگی در مغز جنین وجود ندارد، اما در نهایت هندسهٔ اطراف همراه با استرس موضعی، تاخوردگی‌های مغز را تشکیل می‌دهند. مهدوان همراه با سایر محققان، با ایجاد قالب ژله‌ای و مورد بررسی قرار دادن آن جهت تقلید رابطه میان مادهٔ خاکستری مغز و مادهء سفید مغز، کشف کردند شکاف‌های مغزی را بازیابی نمایند. از آن‌جایی که آن‌ها تنها توانستند هندسهٔ کلی و استرس موضعی را بازسازی نمایند، نتیجه گرفتند که تکامل مورفوژنز به عوامل میکروسکوپی همچون ژنتیک وابسته نیست. علاوه بر این، با بررسی این نکته که آیا مناطق تاخورده با مناطق فعال مغزی مرتبط است یا خیر، سؤالاتی دربارهٔ تٔاثیر شکل فیزیکی بر توانایی‌ها و عملکرد داخلی مغز مطرح می‌شود.

درباره نویسنده