به گزارش پارسینه به نقل از فرادید، هر یک از ما از گروه بسیار کوچکی از سلول ها رشد کرده ایم که زمانی توانایی تبدیل شدن به هر بخش بدن را داشتند. با رشد ما، این سلول ها تقسیم شدند و تخصص یافتند، اما سلول چگونه می فهمد بسته به موقعیتش باید به بافت مغز، استخوان یا کبد تبدیل شود و نه چیز دیگر؟

هر جانور یا گیاهی شبیه یک تمدن است. احتمالاً سه میلیارد سال طول کشید تا از زمان پیدایش حیات، سلول ها توانایی سازماندهی جمعی برای ساخت موجودات پیچیده تر را پیدا کنند. افزون بر عوامل محیطی مانند کمبود اکسیژن، بخشی از مشکل احتمالاً یافتن راه اطمینان از این بود که هر سلول نقش درست خود را پیدا کند. پس چه راه حلی سبب شد بتوانیم یک مجموعه 30 تریلیون سلولی شویم که هر کدام کار مناسب خود را انجام می دهند؟

پاسخ هنوز به طور کامل روشن نشده، اما نکته مرکزی آن به شیب هایی مربوط می شود که توسط مولکول هایی به نام مورفوژن ها ایجاد می شوند. DNA سلول طوری برنامه ریزی شده که هم به مقدار این مورفوژن ها و هم به جهت افزایش یا کاهش آن ها واکنش نشان دهد. وقتی شرایط مناسب باشد، مورفوژن ها ژن هایی را فعال می کنند که سبب می شود سلول به آنچه در موقعیتش لازمست تبدیل شود؛ برای نمونه سلولی که باید به کبد یا کلیه تبدیل شود.

برای برخی سلول ها این داده ها تنها به شکل تقریبی کافیست، اما پروفسور آرتور لنَدِر از دانشگاه کالیفرنیا، اروین، یادآوری می کند که برخی دیگر نیازمند دقت بسیار بیشتر هستند. اگر بدن آسیب ببیند، سلول ها باید به درستی بدانند نسبت به محل آسیب در کجا قرار دارند تا بهترین واکنش ترمیمی را انجام دهند.

این به آن معناست که مورفوژن ها باید نه تنها مدام ساخته شوند، بلکه مدام هم تخریب شوند تا گرادیانی ایجاد شود که به اندازه کافی واضح باشد تا سلول از آن برای جهت گیری استفاده کند. گیرنده های سلولی خاصی مورفوژن ها را جذب و تخریب می کنند تا تعادلی برقرار شود که گرادیان را پایدار نگه دارد.

با این حال، گرادیان های مورفوژنی نمی توانند کل داستان باشند. برای نمونه، پایدار نگه داشتن یک گرادیان به شکل کامل تقریباً غیرممکن است. اگر سلول ها هر بار که مقدار مورفوژن ها کمی تغییر می کرد جهت یابی شان را از دست می دادند، نتایج می توانست فاجعه آمیز باشد. باتوجه به میزان خطای ابزارهای اندازه گیری ساخته شده توسط انسان، احتمالاً سلول ها هم همیشه محیط خود را به درستی نمی خوانند.

سلول ها روش های بسیار هوشمندانه ای برای مدیریت این مسئله دارند. برای نمونه، برخی سلول ها همان مورفوژن هایی را که برای تشخیص موقعیتشان نیاز دارند تخریب می کنند. این نوعی نظر دوم با تأیید اضافی گرفتن است. اگر سلول در تشخیص جهت گرادیان مطمئن نیست، مورفوژن های اطرافش را تخریب می کند و منتظر سیگنالی می ماند که از منبع مورفوژن ها به سمتش می رسد تا تصویر واضح تری از موقعیت خود داشته باشد. البته این کار ممکن است به شکل موقت، خواندن الگو را برای سلول های دورتر سخت تر کند.

لندر اشاره می کند که این تنها یک نمونه از مجموعه پیچیده ای از مبادله هاست که سلول ها هنگام اتکا به این اندازه گیری ها با آن مواجه هستند؛ مبادله هایی که میان مقدار مورفوژن ها تعادل برقرار می کنند. او می گوید: راهکارهایی که عملکرد را در یک زمینه بهبود می بخشند، معمولاً عملکرد را در زمینه دیگر ضعیف می کنند.

آلن تورینگ (که اصطلاح مورفوژن را وضع کرد) اشاره کرده بود که الگوهای پیچیده ای مانند لکه های پلنگ می توانند تنها با دو عامل ایجاد شوند که یکی نقش تقویت کننده و دیگری نقش بازدارنده دارد. این ایده به شکل گسترده پذیرفته شد، اما سال 2014 (شصت سال پس از مرگ تورینگ) اثبات شد.

با وجود اینکه مفهوم مورفوژن ها از اوایل قرن بیستم مطرح بود و در دهه 1950 توسط تورینگ توسعه یافت، نخستین مورفوژن تا سال 1980 شناسایی نشد؛ کشفی که جایزه نوبل پزشکی 1995 را برای کریستین نوسلین-فولهارت به همراه داشت. آن هم تنها در مگس میوه و مورفوژن های انسانی بعدها شناسایی شدند.

با وجود تعداد زیاد اندام هایی که باید در بدن پستانداران ساخته شوند، مورفوژن های فراوانی لازمست تا سلول بداند باید به چه چیزی تبدیل شود. نخستین مورفوژن، رتینوییک اسید است که یک سر جنین را به عنوان سر و سر دیگر را به عنوان دم مشخص می کند و به سلول ها می گوید در این آرایش کجا قرار گرفته اند. این ماده ژن های Hox را فعال می کند تا سلول ها بر پایه موقعیتشان رشد و شکل گیری مناسب پیدا کنند.

زیست شناسی ماهیتی محافظه کارانه دارد؛ بنابراین وقتی روند شکل گیری بدن را آغاز می کند، رتینوییک اسید نقش های دیگری مانند تنظیم ایمنی و تولید اسپرم را هم به عهده می گیرد. وقتی بدن در حال رشد، جایِ دست و پای خود را پیدا کرد، مورفوژن های دیگر به ویژه پروتیین سونیک هِج هاگ، کنترل سازمان دهی سیستم عصبی مرکزی و اندام ها را برعهده می گیرند.

دست کم 13 پروتیین مورفوژنیک استخوان شناسایی شده اند که همان طور که از نامشان پیداست، فرایند ساخت استخوان را کنترل می کنند و با تعیین موقعیت سلول نسبت به دیگران، شکل موردنیاز آن را مشخص می کنند. این پروتیین ها تشکیل غضروف را هم کنترل می کنند و بر بسیاری از بافت های دیگر بدن اثر می گذارند.

برخی مورفوژن ها تنها در سال های اخیر کشف شده اند، بنابراین احتمالاً فهرست موجود کامل نیست.

حتی با وجود فهرست ناقص، مشخص شده که بسیاری از سلول ها به چندین گرادیان مورفوژنی واکنش نشان می دهند، به ویژه در اندام های پیچیده ای مانند مغز.

با این حال، این موارد هم کافی نیست تا تضمین کند همه سلول ها جای خود را پیدا کنند. بنابراین سلول ها داده ها را با هم به اشتراک می گذارند؛ فرایندی که در رشد بال های مگس میوه مشاهده شده است.

با وجود تمام این سازوکارها، گاهی امور اشتباه پیش می رود. تومورهای عجیب زمانی ایجاد می شوند که سلول ها به چیزی تبدیل می شوند که نباید، مانند دندان یا مغزهای کوچک، با وجود اینکه در مکان کاملاً متفاوتی قرار دارند. این پدیده معادل زیستیِ همان افراد غیرمتخصصی است که گمان می کنند بیش از متخصصان می دانند. بدن روش هایی برای شناسایی سلول هایی دارد که ممکن است در آستانه اشتباه باشند؛ برای نمونه با مقایسه نسبت مورفوژن های مختلف، عدم تعادل می تواند هشداری برای بررسی مجدد باشد.

افزون بر مولکول ها، سلول ها هم ممکن است از میدان های الکتریکی یا سیگنال های مکانیکی برای افزایش یا کاهش بیان ژن استفاده کنند. میزان دخالت این عوامل نیز هنوز کاملاً شناخته نشده است.