برای اولین بار، محققان موفق به بازآفرینی درون‌همزیستی (Endosymbiosis) در آزمایشگاه شدند. این دستاورد نه تنها نگاه تازه‌ای به چگونگی آغاز این فرایند سلولی می‌اندازد، بلکه به درک بهتر ما از تکامل حیات پیچیده کمک می‌کند. دانشمندان با تزریق باکتری به سلول‌های قارچی و مشاهده مراحل اولیه همکاری و سازگاری آن‌ها، گامی بزرگ در زیست‌شناسی تکاملی و زیست‌شناسی مصنوعی برداشتند.
دانشمندان جرقه حیات پیچیده را از طریق درون‌همزیستی بازآفرینی می‌کنند
درون‌همزیستی (Endosymbiosis) یعنی یک موجود زنده درون موجود زنده‌ی دیگری زندگی کند و هر دو سود ببرند. این پدیده، مدت‌هاست زیست‌شناسان تکاملی را به خود مشغول کرده است. درون‌همزیستی، پایه و اساس پیچیدگی حیات محسوب می‌شود. این پدیده، عامل ایجاد میتوکندری در سلول‌های جانوری و کلروپلاست در گیاهان است. اما تاکنون، چگونگی شروع این فرآیند پیچیده ناشناخته مانده بود. حالا برای اولین بار، دانشمندان توانسته‌اند درون‌همزیستی را در آزمایشگاه ایجاد کنند. این موفقیت، اطلاعات تازه‌ای از این رویداد تکاملی مهم به ما می‌دهد و راه‌های تازه‌ای را در زیست‌شناسی مصنوعی باز می‌کند.
آزمایشی که همه چیز را تغییر داد
در یک پژوهش پیشگامانه، محققان مؤسسه فناوری فدرال زوریخ سوئیس، یک رابطه‌ی درون‌همزیستی طبیعی بین یک قارچ و یک باکتری را بازسازی کردند. این تیم روی قارچ Rhizopus microsporus تمرکز کردند. این قارچ با باکتری Mycetohabitans rhizoxinica همکاری می‌کند تا گیاهان برنج را آلوده کند. نکته‌ی جالب این است که گونه‌ای از این قارچ بدون باکتری همزیست خود هم وجود دارد. این موضوع، شرایط مناسبی را برای آزمایش فراهم می‌کرد.
بزرگترین چالش، وارد کردن باکتری به دیواره‌های سخت سلول‌های قارچ بود. گابریل گیگر، سرپرست این پژوهش، روش جدیدی ابداع کرد. او با استفاده از ترکیبی از آنزیم‌ها، دیواره‌های قارچی را نرم کرد. سپس با استفاده از یک میکروسکوپ نیروی اتمی مجهز به یک پمپ کوچک، باکتری را تزریق کرد. این روش جدید، باعث می‌شد باکتری‌ها بدون فعال کردن سیستم ایمنی، وارد سلول‌های قارچی شوند.
رقص همکاری
بعد از ورود باکتری‌ها، آن‌ها به سرعت تکثیر شدند، بدون اینکه به قارچ میزبان آسیبی برسانند یا برای آن مشکلی ایجاد کنند. این دو موجود زنده شروع به سازگاری با یکدیگر کردند و زمینه را برای یک همکاری پایدار فراهم آوردند. در طول ده نسل از قارچ‌ها، محققان سازگاری روزافزونی بین میزبان و باکتری مهمان مشاهده کردند. بررسی‌های ژنتیکی نشان داد که قارچ جهش پیدا کرده تا با همزیست جدید خود سازگار شود. این نشان می‌دهد که این روابط چقدر سریع می‌توانند پایدار شوند.
این موفقیت نه تنها نظریه‌های دانشمندان درباره‌ی درون‌همزیستی را تأیید کرد، بلکه نکات تازه‌ای را هم آشکار ساخت: هم میزبان و هم موجود درون‌همزیست باید در ابتدای فرآیند با یکدیگر سازگار شوند. این تنظیم متقابل، با دیدگاه سنتی مبنی بر اینکه درون‌همزیستی در درجه اول با تغییرات یک‌طرفه‌ی موجود همزیست هدایت می‌شود، مغایرت دارد.
پیامدهایی برای تکامل و زیست‌شناسی مصنوعی
نتایج این پژوهش بسیار گسترده است. دانشمندان با بازسازی روابط درون‌همزیستی طبیعی، اطلاعات ارزشمندی در مورد نیروهای تکاملی که حیات را روی زمین شکل داده‌اند، به دست می‌آورند. این یافته‌ها همچنین راه را برای نوآوری در زیست‌شناسی مصنوعی هموار می‌کند. محققان می‌توانند باکتری‌ها را برای انجام کارهای خاص – مانند تجزیه‌ی آلاینده‌ها یا تولید دارو – مهندسی کنند و آن‌ها را به موجودات میزبان وارد کنند تا سیستم‌های همزیستی مناسب با نیازهای انسان را توسعه دهند.
در حالی که چنین کاربردهایی هنوز در مراحل اولیه‌ی خود هستند، این پژوهش توانایی‌های فناوری‌های الهام گرفته از درون‌همزیستی را نشان می‌دهد. با استفاده از این پدیده‌ی طبیعی، می‌توانیم راه‌های جدیدی را برای حل چالش‌های اساسی در کشاورزی، پزشکی و حفاظت از محیط زیست باز کنیم.
با این حال، انتظار نداشته باشید که انسان‌ها به زودی بتوانند فتوسنتز انجام دهند. همانطور که گابریل گیگر، محقق این پژوهش، به شوخی گفت، حتی اگر کلروپلاست‌ها را در سلول‌های خود مهندسی کنیم، نیاز زیاد ما به انرژی بسیار بیشتر از آن چیزی است که نور خورشید می‌تواند تأمین کند و ما به جای فتوسنتز به پیتزا وابسته خواهیم ماند.
فصل جدیدی در نوآوری بیولوژیکی
این پژوهش مهم نه تنها یکی از مهم‌ترین رویدادهای تکامل را توضیح می‌دهد، بلکه توانایی‌های استفاده نشده‌ی همزیستی در علم و فناوری را هم نشان می‌دهد. همانطور که محققان به بررسی روابط درون‌همزیستی در موجودات مختلف ادامه می‌دهند، ممکن است راه‌های کاملاً جدیدی برای نوآوری و همکاری با طبیعت کشف کنیم. امکانات فقط به تخیل ما محدود می‌شوند.
اگر به خواندن کامل این مطلب علاقه‌مندید، روی لینک مقابل کلیک کنید: wired
