شهد از شرنگ

تایپان (taipan)، این مار استرالیایی سه متری از آن دسته موجوداتی نیست که کسی هوس کند مزاحمش شود. سم آن مرگبارترین در جهان و در هر قطره ۵۰ بار قوی‌تر از سم کبرا است. دندان‌های نیش آن به قدری بلندند که می‌توانند از آرواره پایین‌اش بیرون بزنند. قربانیان تایپان ظرف چند ثانیه متلاشی می‌شوند و به مرگی سریع می‌میرند. دکتر برایان فرای (B.fry) زیست‌شناس دانشگاه ملبورن قبول دارد که با بقیه مردم خیلی فرق می‌کند او نه تنها مزاحم تایپان‌ها می‌شود بلکه در مزارع انبوه نیشکر آنها را شکار می‌کند و داخل کیسه می‌اندازد. حتی بعدا آنها را از سر گرفته و از دندان‌های نیش‌شان سم می‌گیرد. دکتر فرای علاوه بر تایپان سم افعی‌های مرگ، مارهای زنگی، شاه کبراها، مارهای دریایی و بسیاری دیگر را نیز جمع‌آوری می‌کند. طبق برآورد خودش سالانه با دو تا سه هزار مار سر و کار دارد. او می‌گوید: «کار کردن با بعضی از این مارها موجب بزرگ‌ترین هجوم آدرنالینی است که کسی می‌تواند تجربه کند. من پرش‌های بسیار بلند در اسکی و موج‌سواری بر امواج کوه‌پیکر را آزموده‌ام اما هیچ‌کدام از آنها به پای کار کردن با بعضی از این جانوران نمی‌رسد.» اما انگیزه دکتر فرای که اکنون ۳۴ ساله است، تجربه این جریان شدید آدرنالین نیست. هدف او کشف چگونگی تکامل سم مار در طول ۶۰ میلیون سال گذشته است. به اعتقاد دکتر فرای بازسازی این تاریخ به ما در راه رسیدن به سدشکنی‌های پزشکی کمک خواهد کرد. دانشمندان در ۳۵ سال گذشته از سم مار دارو ساخته‌اند. در فوریه امسال دکتر فرای و همکارانش حق انحصاری مولکولی در سم تایپان را گرفتند که می‌تواند به درمان سکته قلبی احتقانی کمک کند.
دکتر فرای پیش‌بینی می‌کند که درک تکامل سم در مارها بر سرعت این اکتشافات به میزان قابل‌توجهی خواهد افزود. او می‌گوید: «برای پیشبرد پژوهش‌ها به نقشه راه مناسبی احتیاج داریم.»
مارها در غدد خاصی در دو طرف آرواره بالایشان سم تولید می کنند. هنگامی که طعمه خویش را می‌گزند این غده‌ها را می‌چلانند و به این ترتیب باعث می‌شوند که سم بیرون بجهد. در بعضی گونه‌ها سم صرفا روی زخم می‌ریزد اما در گونه‌های دیگری همچون کبراها و تایپان‌ها سم ابتدا به درون دندان‌های نیش توخالی جریان یافته و سپس وارد بدن طعمه می‌شود. هنگامی که مولکول‌های سم وارد بدن طعمه یک مار شدند به قاتلانی صمیمی تبدیل می‌شوند. اشکال پیچیده به آنها امکان می‌دهد به گیرنده‌های خاص روی سطح سلول‌ها یا به پروتئین‌های ویژه‌ای که در جریان خون شناورند متصل شوند.
بعضی مولکول‌های سم می‌توانند کانال‌هایی را مسدود کنند که سلول‌های ماهیچه از آنها برای دریافت پیام انقباض از سلول‌های عصبی استفاده می‌کنند. ماهیچه‌ها بدون این پیام‌ها شل می‌شوند و اختناق یا خفگی ایجاد می‌شود. سموم دیگر در دستگاه ایمنی اختلال ایجاد کرده و آن را وا می‌دارند که به اندام‌های بدن خود طعمه حمله کند. سموم دیگری نیز وجود دارند که دیواره‌های رگ‌های خونی را سست کرده و به این ترتیب موجب تشنج و خونریزی می‌شوند. بیشتر مارهای سمی به جای تکیه بر یکی از این روش‌های حمله مخلوطی از مولکول‌ها تولید می‌کنند. دکتر فرای می‌گوید: «از وقتی توانستم راه بروم» مجذوب مارهای سمی بوده است. در اواخر دهه ۱۹۹۰ که کار پایان‌نامه‌اش درباره تایپان را آغاز کرد در گرفتن مارها و دوشیدن سم‌شان متبحر بود.
برای یافتن زهرهای جدید مولکول‌های موجود در سم را وزن کرده و هنگامی که مولکول‌هایی با وزن نزدیک به سموم شناخته شده می‌یابد آنها را برای بررسی دقیق‌تر جدا می‌کند. با گذشت زمان که دکتر فرای سموم بیشتری کشف می‌کرد از خود می‌پرسید که اینها چگونه تکامل یافته‌اند. می‌گوید: ‌«از آن مباحثی است که در آن اختلاف نظر بسیار وجود دارد.» بسیاری از پژوهشگران استدلال کرده‌اند که سم در دودمان‌های مختلف مارهای سمی، نظیر مارهای زنگی و کبراها مستقل از هم تکامل یافته است. چرا که می‌دیدند نزدیک‌ترین خویشاوندان این مارهای سمی غیرسمی‌اند. کشف دکتر فرای آن است که این نتیجه‌گیری اشتباه بود و این طور توضیح می‌دهد که «بیشتر مارهایی که گمان می‌کنیم غیرسمی‌اند در عمل سمی هستند.»
مار جورابی و بسیاری دیگر از مارهایی که می‌پنداریم غیرسمی‌اند در واقع مقادیر اندکی سم تولید می‌کنند. دکتر فرای بی‌درنگ اضافه می‌کند که این بدان معنا نیست که مار جورابی خطرناک است، می‌گوید: «بی‌حس کردن یک قورباغه یا کمی گیج کردنش برای آنها کافی است.» این اکتشافات دکتر فرای را واداشت که درباره تکامل سم مار در مقیاس وسیع تحقیق کند.
انجام پروژه‌ای که او تعریف کرده است تا چند سال پیش غیرممکن بود. زیرا روش‌های سنتی تشخیص سموم جدید به طرز کسالت‌آوری کند هستند اما تکنولوژی‌ای که برای پروژه ژنوم انسان ایجاد شده همه چیز را تغییر داده است. او می‌گوید: «به جای آنکه دو ماه بنشینیم تا فقط دو یا سه پروتئین تعیین توالی شوند ظرف یک ماه می‌توانیم تا دو هزار توالی داشته باشیم. این افزایش کارایی حیرت‌انگیز است.»
الخاندرو رونی (A. Rooney)، تکامل‌دان مولکولی مرکز ملی پژوهش‌های کاربردی کشاورزی در پوریا واقع در ایالت ایلینویز که در برخی از کارهای تحقیقاتی با دکتر فرای همکاری داشته، می‌گوید: «۱۵ سال پیش کسی حتی فکرش را هم نمی‌کرد. اکنون دکتر فرای می‌تواند تمام ژن‌هایی را که در سلول‌های غده سم فعال هستند شناسایی کرده و سپس توالی DNA مربوط به آنها را بخواند.» نزدیک به نیمی از ژن‌هایی که در سلول‌های غدد سم فعال هستند پروتئین‌های «خانه‌دار» شناخته شده‌ای را می‌سازند که برای هر سلول جانوری ضروری‌اند. آنچه می‌ماند عمدتا در کار تولید سم هستند. دکتر فرای پس از شناسایی زهرهای جدید از جمله بسیاری از آنها که نماینده انواع کاملا جدیدی از سم هستند، می‌گوید: «فکر می‌کنم ما تازه در ابتدای راه هستیم.» دکتر فرای درخت تکاملی این ژن‌های سم‌ساز را ساخته و نتایجی که به دست آورده نشان می‌دهند که سم در عمل تنها یک بار در مارها تکامل یافته است.
تولید سم چنانکه امروزه در مار جورابی دیده می‌شود با مقادیری اندک آغاز شد اما بعدها در بعضی دودمان‌ها نیش‌های مرگبارتری پدید آمد. به عقیده دکتر فرای این مهم‌ترین سازش در تاریخ مارها بوده است. مارهایی که سم در آنها تکامل یافت دیگر ناگزیر نبودند برای مهار کردن طعمه خویش صرفا به انقباض یا سایر روش‌های فیزیکی متکی باشند. او می‌گوید: «این سازش آنها را از داشتن عضلات بزرگ، حرکت کند و کشتن طعمه یا انقباض بی‌نیاز ساخت. مارهای سمی می‌توانند سبک، چاپک و نیرومند باشند و از کف اقیانوس تا بالای بلندترین درختان تمام آشیان‌های بوم‌شناختی را اشغال کنند.»
پژوهش‌های دکتر فرای به روشن شدن منشأ مولکول‌های سم نیز کمک کرده است. تعدادی از پژوهشگران پیشنهاد کرده‌اند که زهرهای موجود در سم مار در واقع پروتئین‌های تغییر شکل‌یافته بزاق هستند. آنها به این واقعیت اشاره می‌کنند که پروتئین‌های معمولی بزاق می‌توانند کار تجزیه غذا را آغاز کنند.
شاید برای تبدیل آنها به زهرهای کشنده فقط چند تغییر کوچک لازم بوده است. همانطور که دکتر فرای در شماره مارس ۲۰۰۵ ژورنال «پژوهش‌های ژنومی» گزارش می‌دهد DNA ژن‌های سم خلاف این ایده را نشان می‌دهند. او در جست‌وجوی نزدیک‌ترین خویشاوندان ۲۴ ژن تولید سم در میان ژن‌های غیرسمی از طریق پایگاه‌ داده‌های اینترنتی درخت تکاملی آنها را بازسازی کرده است. تنها در دو مورد ژن‌های تولید سمی را یافت که از ژن‌های تولید بزاق تکامل یافته‌اند و تقریبا در تمام موارد دیگر ژن‌های تولید سم از ژن‌هایی تکامل یافته‌اند که خارج از غده سم و برای مثال در خون یا مغز یا کبد فعال بوده‌اند.
شواهد نشان می‌دهند که تکامل یک ژن تولید سم ممکن است با مضاعف شدن تصادفی ژنی که در اندامی دیگر فعال است، آغاز شود. سپس در فرآیندی معروف به «به‌کارگیری ژن» یکی از این نسخه‌ها طوری جهش می‌یابد که تولید پروتئین در غده سم را آغاز می‌کند. در برخی موارد معلوم می‌شود که این پروتئین‌های قرضی در تزریق به بدن طعمه مار می‌توانند مخرب باشند. آنگاه انتخاب طبیعی جهش‌هایی را بر می‌گزیند که این پروتئین‌ها را کشنده‌‌تر می‌سازد. دکتر فرای می‌گوید: «مارها این پروتئین‌ها را مهار کرده‌اند، تغییر داده‌اند و علیه ما به کار گرفته‌اند که انصافا شیطانی‌ترین راه انجام این کار بوده است.»
پژوهش‌های پیشین درباره سم مارها اشاراتی مبنی بر این در برداشت که بعضی زهرها ممکن است به این روش تکامل یافته باشند اما نه چیزی بیش از این. برای مثال دکتر الازار کوچوا (E.kochva) جانورشناس دانشگاه تل‌آویو و همکارانش به وجود برخی شباهت‌ها میان سم کبراهای حفار و برخی آنزیم‌های پستانداران اشاره کرده بودند. دکتر کوچوا می‌گوید: «ما سربسته چیزهایی گفته بودیم اما برایان فرای آن را با صدایی بلند و رسا و با انبوهی از شواهد اعلام کرد.» دکتر رونی خاطرنشان می‌سازد که مفهوم به‌کارگیری ژن مفهوم جدیدی نیست. دانشمندان شواهدی یافته بودند که در تکامل اندام‌های دیگر از جمله چشم نیز همین اتفاق افتاده است. دکتر رونی می‌گوید: «با اضافه شدن تکامل سم به نظر می‌رسد این فرآیند در مقیاس بزرگ‌تری رخ داده است.» با تکامل دودمان‌های جدید مار سم‌هایشان نیز تکامل‌یافته است. برای تولید سموم جدید ژن‌های جدیدی قرض گرفته شدند و از سوی دیگر ژن‌‌های موجود برای تولید سم بارها مضاعف شدند و بدین‌ترتیب تنوع عظیمی از مولکول‌ها را تولید کردند.
این تکامل فوق‌سریع امکان داد که سم مار با انواع خاصی از طعمه سازش یابد. برای مثال مامبای سبز و مامبای سیاه خویشاوندان نزدیک یکدیگرند در حالی که مامبای سبز روی درخت اما مامبای سیاه عمدتا روی زمین زندگی می‌کند. دکتر فرای می‌گوید: «تعجبی ندارد که سم مامبای سیاه روی موش‌ها کارگرتر است تا روی پرندگان در حالی که سم مامبای سبز بیشترین تاثیر را روی پرندگان دارد.» این تکامل سریع انبوهی از مولکول‌های پیچیده را به بار آورده که پژوهشگران کمتر درباره ‌آنها تحقیق کرده‌اند. درخت تکاملی می‌تواند همچون راهنمایی باشد که جست‌و‌جو برای یافتن سموم جدید و درک چگونگی عملکرد سم‌ها را تسریع می‌کند. دکتر کوچوا می‌گوید جست‌‌و‌جوی تصادفی بسیار دشوار است و اصلا به صرفه نیست. مولکول‌های سمی که دکتر فرای از تایپان جدا کرده مثالی مناسب است.
او نشان داده است که آنها از خانواده‌ای از پروتئین‌ها به نام پپتیدهای ناتریورتیک تکامل‌یافته‌اند. این پپتیدها در مارها، انسان و مهره‌داران دیگر عضلات اطراف قلب را شل می‌کنند. ژن‌های تولید پپتیدهای ناتریورتیک در نیاکان تایپان تولید این پروتئین‌ها در غدد سم را آغاز کردند. با گذشت زمان توانایی ماهیچه شل‌کنی آنها افزایش یافت و اکنون به حدی رسیده است که می‌تواند آئورت طعمه را به کلی از انقباض بازدارد. او می‌گوید: «سم آنها موجب افت فشار خون می‌شود که همین طعمه را بیهوش خواهد کرد. این فرصتی است برای زهرهای کندتر اما مرگبارتر تا تاثیرشان را بگذارند.» این زهرهای کندتر در جریان خون طعمه انبوهی از لخته ایجاد می‌کنند که تعداد زیادی سکته پیاپی به دنبال دارد.
دکتر فرای و همکارانش گزارش بررسی این زهرها را در شماره ۲۵ فوریه ۲۰۰۵ «پیام پژوهش‌های زیست شیمیایی و زیست فیزیکی» منتشر کردند و اکنون مشغول بررسی تاثیر زهرهای شل‌کننده قلب در درمان سکته قلبی احتقانی هستند. شاید با شل کردن رگ‌های خونی اطراف قلب بتوان جریان خروجی خون از قلب را افزایش داد.
درک تکامل این سم‌ها در پی بردن به چگونگی عملکرد آنها به دکتر فرای و همکارانش کمک می‌کند. از آنجا که این سموم از پروتئین‌هایی تکامل یافته‌اند که فقط روی قلب تاثیر می‌گذارند احتمالا خطری برای سایر بخش‌های بدن نخواهند داشت. دکتر کوچوا می‌گوید: «اگر می‌خواهید از سمی به عنوان نوعی دارو استفاده کنید بهتر است بازگردید و ببینید که از کجا آمده است.» دکتر فرای به خوبی می‌داند که کمتر کسی همچون او عاشق مارهای مهلک است اما امید دارد که این نوع اکتشافات در حفاظت از مارهای جهان موثر باشد. او می‌گوید: «شاید نابودی هر مار به معنی از دست دادن داروی بی‌بدیل بعدی باشد.»

کارل زیمر
ترجمه کاوه فیض‌اللهی
NewYorkTimes,Apr.۲۰۰۵

منبع : روزنامه کارگزاران