زیست شناسی تکاملی

زیست شناسی تکاملی از آن دسته از موضوع هایی است که با مشکل تصویر ذهنی جامعه رو به روست برخی از آن احساس نگرانی می کنند و بنابراین با آن مخالفت هستند تعداد زیادی, حتی بسیاری از موافقان آن, زیست شناسی تکاملی را بی ارتباط با محیط بیرون از مرکزهای علمی می دانند در برخی موارد, حتی تکامل را چیزی مرتبط با مرگ و نابودی و بدبختی و گاهی مسوول آن می دانند برای مثال مقاومت به دارو در پزشکی و مقاومت به حشره کش ها در کشاورزی

زیست‌شناسی تکاملی از آن دسته از موضوع‌هایی است که با مشکل تصویر ذهنی جامعه رو به روست. برخی از آن احساس نگرانی می‌کنند و بنابراین با آن مخالفت هستند. تعداد زیادی، حتی بسیاری از موافقان آن، زیست‌شناسی تکاملی را بی‌ارتباط با محیط بیرون از مرکزهای علمی می‌دانند. در برخی موارد، حتی تکامل را چیزی مرتبط با مرگ و نابودی و بدبختی و گاهی مسوول آن می‌دانند؛ برای مثال مقاومت به دارو در پزشکی و مقاومت به حشره‌کش‌ها در کشاورزی.

بسیاری از مردم از کاربردهای زیست‌شناسی تکاملی آگاهی ندارند. این که جامعه پذیرش خوبی نسبت به زیست‌شناسی تکاملی ندارد، ممکن است تا اندازه‌ی زیادی به این برداشت آنان مربوط باشد که آن را با هر چیز دیگری بی‌ارتباط می‌دانند. با وجود این، تکامل، به‌ویژه تکامل در اندازه‌ی کوچک (microevolution)، نقشی اساسی در بهبودهایی در زندگی ما طی قرن بیستم داشته است و انتظار می‌رود در فناوری زیست‌پزشکی در قرن آینده نیز همین ویژگی را داشته باشد. برای مثال:

▪ تکامل در پس بسیاری از پیشرفت‌هایی قرار دارد که در کشارزی داشته‌ایم (برای مثال، انتخاب مصنوعی نژادهایی از گیاهان و جانوران).

▪ برخی از اصل‌های تکامل برای تولید بسیاری از بهترین واکسن‌ها به کار گرفته شده‌اند و مشکلاتی که در به‌کارگیری برخی از این واکسن‌ها وجود دارد نیز به تکامل بازمی‌گردد.

▪ پیشرفت‌های آتی در داروسازی و صنعت فناوری زیستی در به کارگیری زیست‌شناسی تکاملی نهفته است؛ هزینه‌ی زیادی به کار می‌رود تا تکامل در لوله‌ی آزمایش رخ دهد یا به نحوی از آن جلوگیری شود.

● واکسن: هدیه‌ای از تکامل

واکسن فلج اطفال نمونه قدیمی اما بسیار خوبی از هدیه‌های تکامل است.

▪ واکسنی که در حال حاضر برای مصونیت در برابر فلج اطفال به صورت خوراکی در اختیار اطفال قرار می ‌ گیرد، ویروس زنده ‌ی عامل این بیماری است.

▪ این ویروس زنده از لحاظ ژنتیکی ضعیف شده است. بنابراین دستگاه ایمنی بدن ما از عهده آن بر می ‌ آید. در نتیجه، ویروس ضعیف شده نمی ‌تواند در بدن ما بیماری ایجاد کند ( به جز ۱ تا ۲ نفر در هر میلیون نفر که واکسینه شده باشند).

▪ فرایند ضعیف سازی ویروس در واقع نوعی فرایند تکاملی است. آلبرت سی‌بین (Albert sabin) برای تهیه ‌ی واکسن فلج اطفال سوش های بیماریزا و بسیار خطرناک این ویروس را بیرون از بدن انسان (در سلول ‌های کلیه ‌ی میمون که سلول میزبان این ویروس محسوب نمی ‌شود) پرورش داد و این روند را تا اندازه‌ای ادامه داد تا ویروس ‌هایی به دست آمدند که به شرایط بیرون از بدن انسان سازش یافته و توانایی ایجاد بیماری در انسان را از دست داده بودند.

این روش تهیه‌ی واکسن هنوز هم برای تولید واکسن‌های زنده استفاده می‌شود. در این‌جا تکامل یاور خوبی است چون به ما کمک می‌کند واکسن بسازیم. اما نقش تکامل و زیست‌شناسی تکاملی به همین‌جا پایان نمی‌یابد و تکامل می‌تواند برای ما دردسر نیز بیافریند.

▪ وقتی فردی ویروس ضعیف شده را می ‌خورد، ویروس سلول ‌های معده و روده او را آلوده می ‌کند و در آن جا تکثیر می ‌شود.

▪ زاده ‌های ویروسی، سلول ‌های دیگر معده و روده را آلوده می ‌کنند و زاده ‌های دیگری را به وجود می ‌آورند. این روند ادامه پیدا می کند و در نتیجه جمعیت ی از ویروس ‌ها در دستگاه گوارش به وجود می‌آید که همچنان در حال رشد است.

▪ برخی از آن ویروس‌ها دچار جهش می ‌ شوند و برخی از آن جهش ‌ها (یک یا دو جهش) ، بیش ‌تر توان بیماریزایی را به ویروس باز می ‌گردانند.

▪ ویروس ‌هایی که بار دیگر توان بیماریزایی را به دست آورده اند، درون سلول ‌های معده و روده بر ویروس ‌های ضعیف شده برتری دارند و طی یک هفته یا اندکی بیش تر پس از خوردن ویروس، فرد به انبار ویروس های خطرناک و بیماریزا تبدیل می ‌شود.

بنابراین، روند تضعیف ویروس در دستگاه گوارش برعکس می ‌شود. این ویروس ‌ها به فردی که واکسن را دریافت کرده است آسیب نمی ‌ رسانند، زیرا هنگامی که آن ها درون معده و روده تکثیر می ‌شوند، دستگاه ایمنی برای مقابله با آن ‌ ها و جلوگیری از ورودشان به دستگاه عصبی مرکزی آماده می ‌شود.

▪ با وجود این، اگر در جمعیتی از افرادی که به ویروس فلج اطفال ایمن نشده‌اند، تنها یک نفر واکسینه شود، ویروس ‌ هایی که در بدن آن فرد توان بیماریزایی خود را بازمی یابند، ممکن است افراد دیگر را آلوده کنند و در نتیجه باعث فراگیری بیماری در جمعیت شوند.

▪خوشبختانه این مشکل، که تکامل آن را به وجود می‌آورد، راه حل ساده ای دارد. برای جلوگیری از چنین رویدادی، تلاش می کند جامعه را در یک زمان و به طور کامل واکسینه کنند.

▪ برای مثال ، سازمان بهداشت جهانی (WHO) در یک روز ۹۰ میلیون نفر را در هندوستان و در سه روز کل جامعه چین را علیه فلج اطفال واکسینه کرد.

▪ بنابراین، شناخت ما از تکامل ویروس فلج اطفال به ما امکان داده است که بدون ایجاد بیماری ناخواسته، از واکسن آن استفاده کنیم.

● خطر فهم نادرست از تکامل

تکامل مقاومت به دارو در باکتری‌ها یکی از ساده‌ترین نمونه‌های تکامل است که در طبیعت رخ می‌دهد و بسیار به پزشکی مربوط است. به علاوه، نمونه‌ای از تکامل در اندازه‌ی کوچک است که می‌تواند پیامدهای گسترده‌ای داشته باشد. با وجود این، بسیاری از مردم درک درستی از آن ندارند و حتی در گزارش‌های رسانه‌هایی مانند بی‌بی‌سی(BBC) نیز نادرست بیان می‌شود.

مقاومت به پادزی‌ها (آنتی‌بیوتیک‌ها) یک پدیده‌ی تکاملی است:

▪ استفاده بیش از اندازه و نادرست از پادزی‌ ها باعث گزینش باکتری ‌هایی می ‌شود که ژن مقاوم تر به پادزی دارند.

▪ با ادامه پیدا کردن استفاده از پادزی‌ ها، تعداد باکتری ‌های مقاوم به پادزی‌ افزایش می‌یابد و به میزبان ‌های دیگری منتقل می‌ شو ند.

▪ در نهایت، باکتری ‌های مقاوم به پادزی‌ جایگزین جمعیت باکتری ‌های حساس به پادزی‌ می ‌شوند.

با وجود این، مفهوم مقاومت به پادزی به شکل نادرستی در ذهن عموم مردم جا افتاده است. اغلب افراد تصور می ‌ کنند، استفاده نادرست از پادزی، به افزایش تحمل فرد در برابر دارو می ‌انجامد و در نتیجه پادزی در آن فرد موثر واقع نمی شود. در واقع، آنان تصور می ‌ کنند مصرف نادرست پادزی، باعث تغییرهایی در فرد (و نه در باکتری) می ‌شود. اما مقاومت به پادزی یک فرایند تکاملی است و استفاده نادرست از پادزی‌ ها تنها به فرد مصرف ‌کننده آسیب نمی ‌رساند، بلکه استفاده نادرست همسایه شما از پادزی‌ها می ‌تواند به شما نیز آسیب برساند و حتی باعث مرگ شما شود. حتی استفاده‌ی نادرست از پادزی‌ها در یکی از کشورهای اروپایی می تواند سوش‌های مقاومی را برای یک کشور آمریکایی یا آسیایی به ارمغان آورد که راهی نیز برای مقابله با آن وجود نداشته باشد. بنابراین، در این‌جا استفاده‌ی درست یک نفر مطرح نیست بلکه باید برای استفاده‌ی درست همگان از پادزی‌ها برنامه‌ریزی کرد.

● کاربردهای نوین زیست‌شناسی تکاملی

راه‌های بی‌شمار دیگری وجود دارد تا زیست‌شناسی تکاملی را برای برآورده کردن نیازهایمان به کار گیریم. از آن جمله:

۱) افزایش طول عمر داروها و مواد شیمیایی

۲) تهیه‌ی درخت‌های تکاملی

۳) ردیابی میکروب‌های آسیب‌رسان

۴) تولید صنعتی مواد بیوشیمیایی و مواد دیگر

۱) مقاومت به دارو و مواد شیمیایی در میکروب‌ها، گیاهان و جانوران. در نیمه‌ی دوم قرن بیستم، کارخانه‌ها در تهیه‌ی ترکیب‌هایی برای نابودی ویروس‌ها، باکتری‌ها، حشره‌هایی که محصول کشاورزی را می‌خورند و علف‌های هرزی که در کشتزار می‌رویند، موفقیت‌های چشمگیری داشته‌اند. حتی تعداد زیادی داروی شیمی‌درمانی داریم که برای نابودی سلول‌های سرطانی به کار می‌روند. با وجود این، تلاش‌های ما برای نابودی این جانداران باعث شده است مقاومت علیه مواد شیمیایی که برای نابودی آن‌هابه کار می‌گیریم، در آن‌ها تکامل یابد. برای مثال:

▪ سوش‌هایی از ویروس ایدز با ۱۵ جهش مقاومت به دارو جداسازی شده است و تازه‌ترین داروها نیز در حال ناکارآمد شدن هستند.

▪ برخی سوش‌های باکتری‌ها به همه‌ی پادزی‌های موجود مقاوم شده‌اند.

▪ برای سل مقاوم به چند دارو، جراحی تنها راه درمان است، زیرا پادزی‌ها پاسخ خوبی ندارند و فقط ۵۰ درصد بیماران آلوده زنده می‌مانند.

▪ شیمی‌درمانی برای سرطان اغلب ناکارآمد است، زیرا سلول‌های مقاوم به دارو طی دوره‌ی درمان به وجود می‌آیند.

▪ مقاومت به حشره‌کش‌ها و مقاومت به علف‌کش‌ها آن اندازه فراگیر شده است که انگیزه‌ برای ساختن حشره‌کش‌ها و علف‌کش‌های جدید ضعیف شده یا حتی به طور کامل وجود ندارد.

زیست‌شناسی تکاملی راه‌هایی به ما پیشنهاد می‌کند تا عمر مفید داروها و مواد شیمیایی را افزایش دهیم. مقدار ماده‌ی شیمیایی که به کار می‌رود، چه ترکیبی از مواد شیمیایی استفاده می‌شود و زمانی که آن‌ها به کار گرفته می‌شوند، پرسش‌های مهمی هستند که از نظر پیشگیری یا آهسته کردن روند تکامل مقاومت، باید ارزیابی شوند.

برخی شرکت‌ها ترکیب‌هایی را می‌فروشند که به دلیل ماندگاری فراورده‌شان بهره‌ی مالی دارند و آن‌ها هزینه‌ی کافی برای زیست‌شناسان تکاملی در نظر گرفته‌اند تا دستور استفاده‌ی دارو را خردمندانه‌تر تهیه کنند. در موارد دیگر، فشارهای اقتصادی و احساسی سیاست‌هایی را تحمیل می‌کنند که روند تکامل مقاومت را سرعت می‌بخشند (برای مثال، تقاضای بیمار پزشک را وامی‌دارد پادزی تجویز کند؛ پزشک توجه کافی ندارد و پادزی‌ها در غذای جانوران وجود دارد.)

۲) درخت‌های تکاملی. اصل نظریه تکامل این است که همه جانداران از راه نیاکان مشترک به هم مرتبط می ‌شوند. امروزه زیست شناسی مولکولی این دیدگاه را در سطحی بیش از آن‌چه که تا ۵۰ سال پیش تصور می‌شد، تقویت کرده است. البته، در مقیاس زمانی کوچک نیز این حقیقت را می‌بینیم: هر چیز زنده‌ای از چیز دیگری پدید می‌آید که هم زنده است و هم به آن شباهت دارد.

یکی از پیشرفت‌های مهم در زیست‌شناسی تکاملی طی دو دهه‌ی اخیر روشی برای برآورد کردن الگوی نیاکانی میان جاندران است. این روش که فیلوژنتیک (Phylogenetics) نام گرفته است، به ما امکان داده تاریخ جانداران را به نحو دقیق ‌ تری دنبال و آن را در قالب نمودارهای درخت ‌مانند بازسازی کنیم. در این روش از داده‌های مولکولی استفاده می‌شود تا نیاکان مشترک جانداران را تا زمانی که می‌خواهیم، برای مثال، بین باکتری‌ها و میتوکندری‌های سلول‌هایمان، دنبال بکنیم. این روش، علاوه بر افزایش درک ما از تاریخ تکاملی زندگی، کاربردهای مفید زیادی به خصوص در پیگیری بیماری ‌ های عفونی پیدا کرده است.

۳) ردیابی میکروب‌های آسیب‌ رسان. در یک مطالعه‌ی همه‌گیر شناختی بیماری‌های عفونی، دانستن این که فردی چگونه یا در کجا به عامل آن بیماری آلوده شده است، اهمیت زیادی دارد. این اطلاعات شاید مهم‌ترین دانستنی پایه‌ای باشند که برای پیش‌گیری از گسترش بیش‌تر بیماری به ما کمک می‌کنند. بیش از یک ‌دهه است که همه‌گیرشناسان (epidemiologist) از توالی DNA ویروس‌ها برای تهیه‌ی درخت‌های فیلوژنتیک استفاده می‌کنند تا منبع عفونت را ردیابی کنند. برخی از نمونه‌های فعالیت آنان بسیار جالب است.

در سال ۱۹۹۴ زنی ادعا کرد که معشوقش (یک پزشک) برای انتقام جویی، به او خون آلوده به ویروس ایدز (HIV) تزریق کرده است. بنابر ادعای آن زن، پزشک متهم بارها به او ویتامین B تزریق کرده و در یکی از تزریق ها از مقداری خون آلوده استفاده کرده بود. هیچ شاهد و مدرکی در این باره وجود نداشت و پزشک نیز ادعا می کرد که آن زن با افراد دیگری ارتباط داشته و از این راه آلوده شده است. در این جا، درخت های فیلوژنی به کمک قاضی آمدند و ثابت کردند که تکامل، در عرصه قضاوت نیز می تواند راه گشا باشد.

▪ ویروس ایدز به سرعت دچار جهش می شود، حتی در بدن یک فرد.

▪ اگر ویروس ایدز از بدن فردی به بدن فرد دیگری منتقل شود، تفاوت‌هایی بین ویروس فرد دهنده و فرد گیرنده وجود دارد.

▪ همین‌طور که ویروس از فردی به فرد دیگر منتقل می‌شود، بیش‌تر تغییر می‌کند و طی زمان متفاوت‌تر می‌شود.

▪ بنابراین توالی ماده‌ی ژنتیک ویروس ایدز در دو فردی که از دو منبع متفاوت به این ویروس آلوده شده‌اند، بسیار متفاوت است.

▪ بنابراین، اگر سخن زن حقیقت داشته باشد، ویروس بدن او با ویروس بدن فردی که خون آلوده از او به زن تزریق شده است، شباهت زیادی خواهد داشت.

بررسی پرونده ‌ی پزشکی زن نشان داد، در آوریل ۱۹۹۴ که او برای اهدای خون مراجعه کرده، به ویروس آلوده نبوده است. بنابر ادعای او، در آگوست همان سال به او خون آلوده تزریق شده و او چند ماه بعد، ادعای خود را تسلیم دادگاه کرده است. مساله ای که پرونده را پیچیده کرد این بود که پزشک متهم، خود به ویروس آلوده نبود. اما بررسی ها نشان دادند که در مطب آن پزشک از دو بیمار، یکی آلوده به ویروس ایدز و دیگری آلوده به ویروس هپاتیت C، نمونه ‌ی خون تهیه شده بود. بررسی فیلوژنی ویروس های به دست آمده از آن زن و فرد آلوده به HIV، ادعای زن را ثابت کرد. پزشک به قتل درجه دوم و در نتیجه ۵۰ سال زندان محکوم شد.

تولید صنعتی مواد بیوشیمیایی و مواد دیگر. تکامل جهت‌دار، یعنی تکاملی که به صورت ساختگی (مصنوعی) به راه افتاده است، بخشی از زبان تخصصی در فناوری‌زیستی شده است:

▪ آنزیم‌ها و دیگر پروتیین‌هایی که به طور ساختگی تکامل یافته‌اند، به‌زودی بخشی از فناوری پزشکی می‌شوند و حتی در خانه‌داری به کمک ما می‌آیند.

▪ داروهایی با اساس پروتیینی خواهیم داشت که برخلاف پروتیین‌های درون بدنمان، به آهستگی تخریب می‌شوند و بنابراین، لازم نیست مقدار زیادی از آن‌ها دریافت کنیم.

▪ آنزیم‌های طوری تکامل پیدا می‌کنند که در پودرهای شست و شو بهتر کار کنند.

▪ مولکول‌هایی به وجود خواهند آمد که با هاگ عامل‌های بیماری زایی مانند عامل سیاه‌زخم و دیگر عامل‌های خطرناک پیوند شوند.

آری، دانشمندان با بهره ‌ گیری از آن چه که داروین به ما آموخت، تکامل را در دستان خود گرفته ‌اند و مولکول ‌هایی می‌ آفرینند که ویژگی‌های مورد نیاز ما را بروز می‌دهند و حتی مولکول‌هایی ساخته‌اند که تا ده سال پیش‌ وجود آن‌ها ناممکن به نظر می‌رسید.

● نتیجه

گام‌هایی که زیست‌شناسی تکاملی در جهت بهبود زندگی انسان برداشته، برای مردم عادی روشن نیست. مردم باید بدانند که در قرن جدید زیست‌شناسی تکاملی کاربردهای در پزشکی، کشاورزی، فناوری‌زیستی و حتی حقوق و خانه‌داری دارد. به علاوه، آنان‌ باید بدانند آگاهی پایه از اصل‌های تکامل برای مبارزه‌ی کارآمد با عامل‌های بیماری زا ضروری است.

● درباره‌ی نویسنده

جیم جی. بال (Jim J. Bull) استاد زیست‌شناسی مولکولی در دانشگاه تگزاس است. او درباره‌ی ارتباط ژنتیک و تکامل با بیماری‌ها مطالعه می‌کند و برای درک چگونگی تکامل ویروس‌ها در حضور مهارکننده‌ها و این که چگونه می‌توان آن‌ها را برای تولید واکسن تغییر داد، آزمایش‌هایی انجام می‌دهد. به علاوه، او روی این موضوع‌ کار می‌کند که آیا از ویروس‌هایی که به باکتری‌ها حمله می‌کنند (فاژها) می‌توان برای درمان عفونت‌های باکتریایی استفاده کرد.