كيف تعرف خلية واحدة أين تبني عينًا

لا تمتلك البويضة المخصبة عيونًا ولا قلبًا ولا يمينًا أو يسارًا. ومع ذلك، خلال أسابيع تنتج جسمًا يستقر فيه كل عضو في المكان الصحيح. كيف تعرف خلية لم ترَ جسمًا قط أين تنتمي العين؟ هذا السؤال، الذي شاع على منصة الأسئلة والأجوبة الصينية Zhihu، شغل علماء الأحياء التطوري أكثر من قرن.

جاء الدليل الأول من ملاحظة بسيطة ظاهريًا عن اللون. معظم الحيوانات ذات الفراء أو الجلد ثنائي اللون داكنة على الظهر وفاتحة على البطن. هذا النمط شائع جدًا — الفئران والغزلان والأسماك والطيور — لدرجة أنه لا بد أن يكون مكتوبًا في قواعد النمو لا متعلَّمًا. والسبب كيميائي. تقع خلايا الظهر وخلايا البطن في بيئتين مختلفتين، وتفرز كل منهما جزيئات إشارة مختلفة. تنتشر تلك الجزيئات وتشكّل تدرجات، وتقرأ الخلية التركيز المحلي لتقرر ما ستصبح. اللون ببساطة هو أسهل تدرج يمكن رؤيته.

لهذه الفكرة قصة أصل شهيرة. في عشرينيات القرن الماضي، زرع عالم الأجنة الألماني هانز شبيمان وطالبته هيلدي مانغولد رقعة صغيرة من الأنسجة من جنين برمائي إلى آخر. لم تكتفِ الأنسجة المزروعة بالبقاء. بل وجّهت الخلايا المحيطة لبناء محور جسمي ثانٍ كامل، مما أنتج شرغوفًا برأسين. أصبحت الرقعة تُعرف بالمنظِّم، وفازت التجربة بجائزة نوبل. أثبتت أن الأجنة لا تُبنى من مخطط ثابت بل من محادثات بين الخلايا.

ملأت الوراثة الحديثة المفردات. مجموعة صغيرة من الجينات — أُعطيت أسماء مثل Hox وPax6 وSonic hedgehog — تعمل كإحداثيات على طول الجسم. يساعد Pax6، على سبيل المثال، في تشغيل تكوين العين. ومن اللافت أن الجين نفسه يؤدي المهمة في ذبابة الفاكهة والفئران والبشر. شغّله في المكان الخطأ في ذبابة فتنمو عين على ساق. تعيد التطور استخدام مجموعة الأدوات نفسها مرارًا وتكرارًا، ولا تغيّر سوى متى وأين ينشط كل جين.

تفسّر التدرجات أكثر من اللون. يحتاج الطرف النامي إلى معرفة أي نهاية هي الكتف وأيها طرف الإصبع. ويحتاج الأنبوب العصبي إلى معرفة أي جانب يصبح الدماغ وأيها الحبل الشوكي. في كل حالة، تفرز مجموعة صغيرة من الخلايا إشارة، وتنتشر الإشارة، ويستجيب الجيران وفقًا لمقدار ما يصل إليهم. الأمر أشبه بالطقس أكثر من كونه مخططًا — أنماط تنبثق من قواعد محلية.

يرسم العلماء في الصين وغيرها الآن خريطة لهذه الإشارات خلية بخلية، باستخدام علامات فلورية وتسلسل الخلية الواحدة لمراقبة تطور الأجنة في الوقت الحقيقي. لهذا العمل ثقل عملي. ففهم كيفية تمركز الأعضاء يساعد الباحثين على تنمية أنسجة بديلة من الخلايا الجذعية، ويساعد في تفسير سبب حدوث بعض العيوب الخلقية عندما يكون التدرج ضعيفًا جدًا أو قويًا جدًا أو منزاحًا.

السؤال القديم — كيف تعرف الخلية إلى أين تذهب العين — له الآن إجابة جزئية. إنها لا تعرف بالضبط. إنها تستشعر جيرانها، وتقرأ الكيمياء حولها، وتتبع قواعد صقلها التطور مئات الملايين من السنين. الجسم ليس خطة. إنه اتفاق.