رازگشایی از یک پدیده استثنایی/ تنها چیزی که در دو قلوهای یکسان شبیه نیست

هیچ دو اثر انگشتی دقیقا شبیه به هم نیستند. این مزیتی است که کارایی بسیاری در شناسایی افراد توسط پلیس و گوشی‌های هوشمند دارد.

پریسا عباسی – در یک مطالعه جدید سرنخ‌هایی در مورد این موضوع به دست آمده است. امواج سیگنال‌های شیمیایی در انگشتانی که در حال رشد هستند پخش می‌شوند و الگوهای بی نظیر و منحصربفردی از برجستگی‌های اثر انگشت بوجود می‌آورند.

تحقیقات قبلی، نقش ژن‌ها در چگونگی شکل‌گیری الگوهای پیچیده شیارها و برآمدگی‌های نوک انگشتان ما را نشان داده بودند، اما چرا دوقلوهای همسان، اثر انگشت یکسانی ندارند؟

یک مطالعه جدید نشان می‌دهد که سه خانواده از مولکول‌های سیگنال‌دهنده-با تفاوت‌های جزئی در شکل انگشت و در زمان رشد پوست- همگی در خلق این اثر انگشت‌های متفاوت در ما تاثیر دارند.

بیشتر بخوانید:

• انگشتان مرده‌ از تنه درخت بیرون زده‌اند / عکس

روئل نوس، زیست شناس تکوینی در دانشکده پزشکی استنفورد که در این تحقیق شرکت نداشته است می‌گوید:«این یک مثال عالی از این موضوع است که چطور نوسانات و تغییرات جزئی، می‌توانند باعث ایجاد الگوهای متفاوت و متعدد بی پایانی شوند.»

انواع شکل‌ها در اثر انگشت

سطوح ناهموار انگشتان باعث ایجاد چسبندگی می‌شود و این خصوصیت در انسان و گونه‌هایی مانند کوالا و شامپانزه‌ها وجود دارد. همچنین آنها به ما کمک می‌کنند تا تفاوت بین بافت‌ها را احساس کنیم. اثرانگشت تقریبا در اوایل دوران رشد جنینی ایجاد می‌شود و حدودا در هفته سیزدهم بارداری با شکل‌گرفتن فرورفتگی‌هایی در نوک انگشتان آغاز می‌شوند که ما آنها را برجستگی‌های اولیه می‌نامیم. این برجستگی‌ها به سه الگوی اصلی تبدیل می‌شوند: الگوهای متقارن و دایره‌ای به نام «چرخی ، whorls »، الگوهای بلندتر منحنی به نام «حلقه‌ای، loops » و الگوهای بلندتر و منحنی که ما آنها را با نام «طاق، arches» می‌شناسیم. دانشمندان ژن‌های مختلفی را شناسایی کرده‌اند که مشخص می‌کند چه الگوهایی بر اثر انگشت یک شخص تاثیر می‌گذارد، اما مکانیزم بیوشیمیایی که باعث تشکیل این برجستگی‌ها می‌شوند، بسیار هوشمند هستند.

تاثیر ژن‌ها بر اثر انگشت

برای روشن کردن این معما، دنیس هدون، متخصص ژنتیک دانشگاه ادینبورگ، با کمک همکارانش توالی RNA داخل هسته‌ سلول‌های سرانگشتان جنین انسان را در کنار هم قرار دادند تا ژن‌هایی که در طول تکامل تاثیرگذار هستند را شناسایی کنند. این محققان کشف کردند که این ژن‌ها(خانواده‌هایی از پروتئین‌ها که دستورالعمل‌ها را بین سلول‌ها جابجا می‌کنند) سه مسیر ژنتیکی مختلف دارند و هر کدام بر روی رشد پوست نوک انگشتان تاثیر می‌گذارند. دو گروه از ژن‌های درگیر در مسیرهای سیگنال‌دهی که با نام‌های WNT‌و BMP شناخته می‌شوند، در نوارهای متناوب سلولی در شکل‌گیری نوک انگشتان تاثیر گذارند و در نهایت به شیارها و برآمدگی‌های موجود در اثر انگشت تبدیل می‌شوند. عامل سوم با نام EDAR، در کنار WNT در گسترش یافتن شیارهای در حال رشد قرار می‌گیرد.

موش‌ها نیز دارای الگوهای برآمده ساده‌ای بر روی انگشتان خود هستند. زمانی که دانشمندان مسیرهای سیگنال‌دهی در موش‌ها را به طور مصنوعی مسدود کردند، دریافتند که سیگنال‌های WNT‌و BMP به روش‌های متضادی کار می‌کنند. به نظر می‌رسد که WNT، رشد سلولی را به منظور ایجاد برجستگی‌هایی در لایه خارجی پوست تحریک می‌کند، در حالی‌که BMP رشد سلول‌ها را برای ایجاد شیارها سرکوب می‌کند. سیگنال‌های EDAR به تعیین اندازه و فاصله برجستگی‌ها کمک می‌کنند. مثلا زمانی که محققان مسیر WNT را از بین بردند، سیگنال‌های آنها ثبت هیچ گونه برجستگی را نشان نمی‌داد،‌ درحالی که حذف مسیر BMP، برجستگی‌ها را گسترده‌تر می‌کرد. در موش‌هایی که حامل جهشی بودند که EDAR را غیرفعال می‌کرد، به جای شکل‌گیری الگوی راه‌راه، تنها یک الگوی نقطه‌ای از برآمدگی‌ها روش انگشتان‌شان شکل گرفت.

این تیم تحقیقاتی در گزارشی که این هفته در Cell منتشر شد، اعلام کردند که نهایتا این سه مسیر سیگنال‌دهی با هم کار می‌کنند تا تشکیل برجستگی‌های اولیه که در ساختار موج‌دار اثر انگشت رشد می‌کنند را کنترل کنند.

رابطه متضاد بین WNT و BMP در نوک انگشتان انسان، مشخه الگوهای تورینگ است(که در آن فعالیت‌های شیمیایی متفاوت یکدیگر را همپوشانی می‌کنند و باعث ایجاد الگوهای پیچیده می‌شوند) که در طبیعت نیز به طور گسترده یافت می‌شوند و باعث ایجاد نوارها و لکه‌هایی در پوست حیوانات و ماهی‌های مناطق گرمسیری می‌شوند. هدون می‌گوید:«ویژگی منحصربفرد بودن اثر انگشت به دلیل عناصر بسیار کوچک الگوها است. الگوهای تورینگ به راحتی می‌توانند این نوع الگوهای بسیار کوچک را تولید کنند.»

اما شکل کلی الگوهای اثر انگشت-بدون در نظر گرفتن اینکه اثر انگشت به صورت چرخی، حلقه‌ای یا طاقی باشد- به آناتومی انگشت و زمان دقیق شکل‌گیری این برجستگی‌ها بستگی دارد. محققان دریافتند که برجستگی‌های اولیه در بافت‌های جنین انسان در سه نقطه شروع به شکل‌گیری می‌کنند: در مرکز برجستگی نرم برآمده انگشت جنین، در انتهای انگشت و زیر ناخن، و در چین مفصلی و جایی که انگشت خم می‌شود. به گفته هدون:«برجستگی‌ها از این سه محل همانند «امواج» پخش می‌شوند و هر موج، موقعیت رج بعدی را مشخص می‌کند.»

آناتومی انگشت، به هدایت مسیر الگوی رشد سلول‌ها کمک می‌کند. اگر سر انگشتان، بزرگ و متقارن باشند، و برآمدگی‌ها سریع شروع به شکل گرفتن کنند، بیشتر تمایل به سمت شکل‌گیری چرخی دارند. اگر سر انگشتان بلندتر و نامتقارن باشند، شکل حلقه‌ای به خود می‌گیرند. اما اگر این برجستگی‌ها به سادگی بر سر انگشت ایجاد نشوند یا در اواخر رشد شروع به شکل‌گیری کنند، برجستگی‌های چین‌دار و برجستگی‌های ناخن در وسط به هم می‌رسند و ایجاد طاق یا قوس می‌کنند.

همچنین محققان دریافتند که همان سیگنال‌های WNT، BMP و EDAR باعث ایجاد سلول‌ها در سایر نقاط بدن شده و تبدیل به فولیکول‌های مو می‌شوند. اما نوک انگشتان ما بدون مو هستند، زیرا تشکیل فولیکول در کف دست‌ها خیلی زود متوقف می‌شوند. این نشان می‌دهد که ساختارهای مختلف پوست، همه از یک مسیر رشد اولیه شروع می‌شوند و بعدا نقش‌های دیگری به خود می‌گیرند. به گفته نوسه:«بنظر می‌رسد که تمام ساختارهای ما که توسط بزرگترین اندام ما یعنی پوست شکل می‌گیرند(نظیر مو، غدد و اثر انگشت ما)، اساسا با استفاده از یک مکانیسم ایجاد شده باشند.»

منبع: Science

۵۸۵۸