مصر: إيهاب محمد زايد
قد يختار البيض المخلوط الحيوانات المنوية لجيناتها ، متحدية بذلك قانون مندل. ينص أقدم قانون في علم الوراثة على أن الأمشاج تتحد بشكل عشوائي ، لكن التجارب تشير إلى أن البويضات في بعض الأحيان تختار الحيوانات المنوية بنشاط من أجل أصولها الجينية.
أثناء الإخصاب ، قد تلعب البويضات دورًا غير متوقع في اختيار الحيوانات المنوية التي تقدم أفضل تطابق وراثي.
في لعبة الإخصاب التي يفوز فيها الفائز بكل شيء ، يتسابق الملايين من الحيوانات المنوية نحو البويضة التي تنتظر عند خط النهاية. الكثير من الحيوانات المنوية لا تجعلها حتى من خط البداية ، وذلك بفضل الذيل المفقود أو المشوه والعيوب الأخرى. لا يزال البعض الآخر يفتقر إلى الطاقة لإنهاء الرحلة الطويلة عبر الجهاز التناسلي الأنثوي ، أو يعلقون في سائل لزج يهدف إلى إعاقة جميع السباحين باستثناء أقوى السباحين. بالنسبة للمجموعة الفرعية من الحيوانات المنوية التي تصل إلى كأسها ، سيتم تحديد الفائز النهائي من خلال سباق أخير حتى النهاية. كانت الهوية الدقيقة للحيوانات المنوية عشوائية ، وانتظرت البويضة بشكل سلبي حتى وصل مايكل فيلبس من الأمشاج أخيرًا. أو هكذا يعتقد العلماء.
يتحدى جو نادو ، العالم الرئيسي في معهد أبحاث شمال غرب المحيط الهادئ ، هذه العقيدة. يجب أن يؤدي الإخصاب العشوائي إلى نسب محددة من التوليفات الجينية في النسل ، لكن نادو وجد مثالين فقط من مختبره الخاص يشيران إلى أن الإخصاب يمكن أن يكون بعيدًا عن العشوائية: بعض التزاوج من جينات الأمشاج أكثر احتمالًا من غيرها. بعد استبعاد التفسيرات البديلة الواضحة ، لم يستطع إلا أن يستنتج أن الإخصاب لم يكن عشوائيًا على الإطلاق.
قال نادو: “إنها تعادل الأمشاج لاختيار شريك”.
إن فرضيته – القائلة بأن البويضة يمكنها جذب الحيوانات المنوية بجينات معينة والعكس صحيح – هي جزء من الإدراك المتزايد في علم الأحياء أن البويضة ليست خلية خاضعة وخاضعة للانقياد اعتقد العلماء أنها كذلك. بدلاً من ذلك ، يرى الباحثون الآن أن البيضة تلعب دورًا متساويًا ونشطًا في التكاثر ، مضيفًا طبقات من التحكم التطوري والاختيار إلى واحدة من أهم العمليات في الحياة.
قالت مولي مانير ، عالمة الأحياء التطورية بجامعة جورج واشنطن: “تشريح التكاثر الأنثوي أكثر غموضًا ويصعب دراسته ، ولكن هناك اعتراف متزايد بدور الأنثى في الإخصاب”.
الاختيار الجنسي على المستوى الخلوي
إن فكرة الانتقاء الجنسي قديمة قدم تشارلز داروين نفسه. في أصل الأنواع ، كتب عن ذيل الطاووس المبهرج وقرون الأيائل العملاقة كأمثلة على السمات التي تطورت لمساعدة الذكور على إظهار جاذبيتهم كزملاء للإناث. بالنسبة للقرن التالي ، ركز علماء الأحياء على جميع جوانب الانتقاء الجنسي التي عملت في الأحداث التي أدت إلى الجماع. بعد التزاوج ، اختارت الأنثى ، وكانت المنافسة الوحيدة بين الحيوانات المنوية التي تسبح إلى البويضة.
جادلت إميلي مارتن ، عالمة الأنثروبولوجيا في جامعة نيويورك ، في ورقة عام 1991 ، بأن هذه النظرة الموجهة للذكور حول البيولوجيا الإنجابية للإناث على أنها موافقة إلى حد كبير كانت منتشرة. “يُنظر إلى البيضة على أنها كبيرة وغير فعالة. إنه لا يتحرك أو يسافر ولكن “يتم نقله” بشكل سلبي … على طول قناة فالوب. على النقيض تمامًا ، تكون الحيوانات المنوية صغيرة و “مبسطة” ونشطة على الدوام “.
لكن ابتداءً من السبعينيات ، بدأ العلم في تقويض هذه الصورة النمطية. قام ويليام إبرهارد ، عالم البيئة السلوكي في معهد سميثسونيان للبحوث الاستوائية ، بتوثيق جميع الطرق التي يمكن أن تؤثر بها الإناث على الذكور في تخصيب بيضهم حتى بعد التزاوج. إنها قائمة طويلة ، ولا يزال العلماء غير قادرين على الجزم بما إذا كانوا قد وثقوا كل شيء. لم يكن تأخر هذه الاكتشافات بسبب التمييز على أساس الجنس. من السهل مراقبة اثنين من الفظ يتنافسان مع أنيابهما ؛ ألعاب الغميضة مع الحيوانات المنوية داخل الجهاز التناسلي الأنثوي أقل من ذلك بكثير.
يُظهر التصوير المجهر الإلكتروني الماسح لحظة الإخصاب التي تتضمن بويضة بشرية وحيوانات منوية. من الناحية التاريخية ، غالبًا ما يتم تصوير البويضة على أنها سلبية بينما يتنافس الحيوانات المنوية في المنافسة ، لكن النتائج الجديدة تشير إلى أن البويضة قد تحجب الحيوانات المنوية بجينات غير مناسبة.
يُظهر التصوير المجهر الإلكتروني الماسح لحظة الإخصاب التي تتضمن بويضة بشرية وحيوانات منوية. من الناحية التاريخية ، غالبًا ما يتم تصوير البويضة على أنها سلبية بينما يتنافس الحيوانات المنوية في المنافسة ، لكن النتائج الجديدة تشير إلى أن البويضة قد تحجب الحيوانات المنوية بجينات غير مناسبة.
“بمجرد أن يكون لديك البويضات والحيوانات المنوية ، يكون لديك اختيار جنسي. أوضح أندريا بيلاسترو ، عالمة الأحياء التطورية بجامعة بادوفا في إيطاليا ، أن هناك أشياء لا تصدق يمكن أن يفعلها البيض والسائل المنوي.
في تلك الأنواع التي يحدث فيها الإخصاب خارج الجسم ، غالبًا ما تغطس الإناثبيض مع سائل مبيض كثيف غني بالبروتين. أظهرت التجارب التي أجراها ماثيو غيج من جامعة إيست أنجليا في إنجلترا عام 2013 أن هذا السائل يحتوي على إشارات كيميائية للمساعدة في جذب الأنواع الصحيحة من الحيوانات المنوية. عندما عرّضوا بيض السلمون والسلمون المرقط لمزيج من الحيوانات المنوية من كلا النوعين ، نجحت الأنواع الخاصة بالبيض في تخصيب 70 في المائة من الوقت ، وهو أكثر بكثير مما هو متوقع بالصدفة.
“يتصرف الحيوان المنوي بشكل مختلف في سوائل المبيض المختلفة. قال غيج إنهم يسبحون بشكل أكثر استقامة في سوائلهم.
للأسمدة الداخلية أساليبها الخاصة لما أطلق عليه إيبرهارد “الاختيار الأنثوي الخفي”. بعض المسالك التناسلية للإناث متاهة ، تكتمل ببدايات خاطئة ونهايات مسدودة يمكن أن تعيق جميع الحيوانات المنوية باستثناء أقوى الحيوانات المنوية. يمكن لبعض الإناث ، بما في ذلك العديد من أنواع الزواحف والأسماك والطيور والبرمائيات ، التي تتزاوج مع أكثر من ذكر واحد (والتي يقدر علماء الأحياء أنها الغالبية العظمى من الأنواع) تخزين الحيوانات المنوية لشهور ، وحتى سنوات ، مما يؤدي إلى تغيير بيئة التخزين لتكديس الاحتمالات لتفضيل ذكر على آخر. يمكن للعديد من إناث الطيور ، بما في ذلك الدجاج المنزلي ، إخراج الحيوانات المنوية بعد التزاوج ، مما يتيح لها تحيز الإخصاب لصالح أفضل ذكر.
وجد جو نادو ، العالم الرئيسي في معهد شمال غرب المحيط الهادئ للبحوث ، دليلاً يشير إلى أن البويضات والحيوانات المنوية لا تتحد دائمًا بشكل عشوائي فيما يتعلق بجيناتها – والتي ، إذا كانت صحيحة ، تنتهك أحد أكثر المبادئ تكريسًا لعلم الوراثة المندلية.
وجد جو نادو ، العالم الرئيسي في معهد شمال غرب المحيط الهادئ للبحوث ، دليلاً يشير إلى أن البويضات والحيوانات المنوية لا تتحد دائمًا بشكل عشوائي فيما يتعلق بجيناتها – والتي ، إذا كانت صحيحة ، تنتهك أحد أكثر المبادئ تكريسًا لعلم الوراثة المندلية.
معهد شمال غرب المحيط الهادئ للبحوث
ومع ذلك ، فإن كل هذه الاستراتيجيات توفر للإناث فرصًا فقط لاختيار الحيوانات المنوية من مختلف الذكور. داخل السائل المنوي ، الذي قام بتخصيب الحيوانات المنوية للبويضة ، يبدو أنه لا يزال متروكًا للصدفة.
في الواقع ، فإن عشوائية الإخصاب ضمنية في مبدأ الفصل – أول قانون للوراثة يعود إلى جريجور مندل. يحمل الوالدان نسختين من كل جين ، يتم تقسيمهما عشوائيًا إلى أمشاج تحمل نسخة واحدة فقط. إنه ما يثير العديد من الاحتمالات التي يتعلمها الطلاب في علم الأحياء في المدرسة الثانوية. إذا كان كلا الوالدين متغاير الزيجوت – بمعنى أنهما يحملان نسختين بديلتين من نفس الجين – فإن نصف نسلهما سيكون أيضًا متغاير الزيجوت. ربع النسل سيكون متماثل الزيجوت يحمل نسختين من نسخة واحدة ، والربع المتبقي سيكون متماثل الزيجوت مع النسخة الأخرى.
قال نادو: “إنها إحدى القواعد الأكثر تطبيقًا في علم الأحياء”.
ومع ذلك ، فإن هذه الاحتمالات لا تعمل إلا إذا كان الإخصاب عشوائيًا. إذا كان بإمكان البويضة أو الحيوانات المنوية التأثير بطريقة ما على هوية الأمشاج الأخرى المشاركة في الإخصاب ، فقد تكون هذه النسب مختلفة تمامًا. كان هذا الاختلاف اللافت للنظر هو ما لفت انتباه نادو مرة أخرى في عام 2005. عندما بدأ يبحث في وراثة جينين معينين في الفئران ، كانت الاحتمالات كلها متوقفة. في مختبره في سياتل ، بدأ يتساءل: هل من الممكن أن يكون مندل مخطئًا؟
مندلية منتهكي القانون
لم يشرع نادو في استجواب مندل. بدلاً من ذلك ، أراد أن يعرف كيف أثرت التفاعلات بين جينين (Apobec1 و Dnd1) على مخاطر الإصابة بسرطان الخصية ، وهو أحد أكثر أشكال السرطان توارثًا. عندما قام نادو وطالبة الدكتوراه جينيفر زيكيل بتربية فئران تحمل نسخة عادية ونسخة متحولة من Dnd1 مع ذكور متغايرة الزيجوت Apobec1 ، بدا أن كل شيء يتبع قواعد مندل. حتى الان جيدة جدا. لكن عندما عكسوا التكاثر (أنثى Apobec1 متغايرة الزيجوت مع ذكر Dnd1 متغاير الزيجوت) ، أصبحت الأمور غريبة: وجدوا أن 27 بالمائة فقط من النسل المتوقع يحمل نسخًا من Apobec1 متحولة ، أو Dnd1 متحولة أو كليهما ، مقارنة بنسبة 75 بالمائة. من المتوقع رؤيته.
البيض له تفضيلات وراثية يقول القانون الأول لعلم الوراثة المندلي أن الأمشاج تتحد بشكل عشوائي ، ولكن ظهرت بعض الحالات التي يبدو فيها أن البيض يفضل بعض الحيوانات المنوية على أخرى على أساس جيناتها. الوراثة المندلية إذا كانت الأنثى تحمل نسخًا طبيعية ومتحولة من الجين A والذكر يحمل نسخًا طبيعية ومتحولة من الجين B ، بموجب قواعد مندلية ، يجب أن يرث 75 بالمائة من نسلهم واحدًا على الأقل من الجينات الطافرة إن لم يكن كلاهما. 25 في المائة فقط سيكون لديهم الإصدارات الطبيعية لكلا الجينين. Mendelian Lawbreakers لكن في بعض الحالات ، إذا كانت الأنثى تحمل الجين B الطافر والذكر يحمل الجين A المتحور ، فإن عددًا أقل بكثير من النسل يرث الطفرة ، على ما يبدو لأن البويضات تفحص أي الحيوانات المنوية يمكنها تخصيبها.
بصفته باحثًا أمضى عدة عقود في دراسة الوراثة ، كان نادو على دراية بالعديد من العوامل التي يمكن أن تؤثر على نسب مندل. إذا انتهى الأمر بالبويضة المخصبة بنسختين متحورتين من جين متنحي ، فقد يموت الجنين الناتج في وقت مبكر من التطور. مثل هذه الطفرات الجنينية القاتلة من شأنها أنثالثًا ، نسبة الزيجوت متماثلة الزيجوت إلى الزيجوت متغايرة الزيجوت ، ولكنها ستقلل أيضًا متوسط عدد صغار الفئران في كل القمامة. ومع ذلك ، كان لكل فئران زيشيل وناديو أحجام نفايات قياسية ، ولم يعثروا على دليل على أن الأجنة كانت تموت مبكرًا بعد الإخصاب.
استنتج نادو أن المشكلة تكمن في الحيوانات المنوية وليس البويضة. لذلك قام بتربية فئران ذكور مع وبدون طفرة لإناث سليمة خالية من الطفرات ولم يجد أي اختلافات في خصوبة الذكور – وهو الأمر الذي كان سيصبح واضحًا إذا كانت الطفرة تؤثر على تكوين الحيوانات المنوية. خطوة بخطوة ، قضى نادو وفريقه على كل سبب محتمل لهذه النسب المتزعزعة للأنماط الجينية للنسل … باستثناء سبب واحد: أثناء الإخصاب ، كانت البويضة والحيوانات المنوية متحيزة وراثيًا ضد النمط الجيني الطافر.
بالتأكيد ، لا بد أن شخصًا آخر قد رأى هذا بالفعل ، حسب رأي نادو ، لذلك بحث في الأدبيات العلمية. على الرغم من أنه يمكن أن يجد الكثير من الأمثلة على نسب الأبناء غير المبررة ، إلا أنه لم يتابع أحد بجدية الإخصاب المتحيز وراثيًا كإجابة.
قال نادو: “فسرها الجميع على أنها قاتلة جنينية لأننا نرى ما نبحث عنه ونوضحه باستخدام ما نعرفه”.
أحد الأمثلة التي وجدها ناديو كان من مختبر باحثة السرطان روزلين جودبوت في جامعة ألبرتا. درس جودبوت دور بروتين يسمى DDX1 في تطور الورم الأرومي الشبكي ، وهو سرطان شديد التوريث في مرحلة الطفولة. بدت الفئران التي فقدت نسخة وظيفية واحدة من جين DDX1 (ولكن مع جين آخر يعمل بكامل طاقته كنسخة احتياطية) طبيعية وصحية. عندما قام Godbout و Devon Germain ، وهما الآن زميل ما بعد الدكتوراه في معامل Max F. Perutz في فيينا ، بتربية ذكور وإناث متغايرة الزيجوت ، وجدوا أنه لا أحد من النسل يفتقر إلى نسختي DDX1 ، على الرغم من أن الرياضيات المندلية البسيطة تقترح 25٪ من يجب عليهم. ومع ذلك ، نظرًا لأهمية الجين في تكرار الحمض النووي ، لم يكن ذلك مفاجئًا: من المفترض أن تكون الزيجوتات المتماثلة الزيجوت بدون DDX1 قد ماتت بعد الحمل. وجد Godbout و Germain أيضًا أعدادًا أقل من المتوقع من ذرية متماثلة الزيجوت مع نسختين من DDX1. أدت سلسلة معقدة من تجارب التزاوج بالعلماء إلى اقتراح أن نتائجهم جاءت من طفرة نادرة حدثت في جين DDX1 أثناء تجاربهم.
لاحظ ديفون جيرمان ، وهو الآن زميل ما بعد الدكتوراه في مختبرات Max F. Perutz ، ما قد يكون على الأرجح حالة تخصيب متحيز وراثيًا في الفئران أثناء تعاونه مع Roseline Godbout في جامعة ألبرتا.
لاحظ ديفون جيرمان ، وهو الآن زميل ما بعد الدكتوراه في مختبرات Max F. Perutz ، ما قد يكون على الأرجح حالة تخصيب متحيز وراثيًا في الفئران أثناء تعاونه مع Roseline Godbout في جامعة ألبرتا.
دانييلا زولانيك
لم يقتنع نادو. كتب إلى Godbout ليسأل كيف تحقق مختبرها من أن متماثلة الزيجوت بدون جينات DDX1 قد ماتت كأجنة. لم يفعلوا. وسأل أيضًا عما إذا كانوا قد فكروا في الإخصاب المتحيز وراثيًا ، حيث تفضل البويضة الاندماج مع حيوان منوي من النمط الجيني DDX1 المعاكس.
يتذكر جيرمان قائلاً: “لقد اعتقدنا حقًا أنه كان مجرد نمط غريب من الميراث”. “لم نفكر في الإخصاب غير العشوائي.”
في وقت لاحق ، في نزوة ، قرر جيرمان مراجعة جميع البيانات الأولية من تجاربه. وبينما كان يتفقد النتائج ، تذكر أسئلة Godbout التي أثارتها رسالة Nadeau الإلكترونية. وقال إنه كلما نظر إلى البيانات أكثر ، بدا أن الإخصاب المتحيز وراثيًا يبدو أكثر “التفسير الأكثر منطقية”.
محبطًا من قلة عدد العلماء الذين فكروا بجدية في الإخصاب المتحيز وراثيًا كتفسير لنتائجهم ، كتب نادو فرضيته في مقالة نُشرت في أكتوبر في مجلة علم الوراثة ، وقال إن هدفه هو تحفيز المزيد من البحث في هذه المنطقة وتحديد ما إذا كانت تفاعلات البويضة والحيوانات المنوية يمكن أن تغير الإخصاب وكيف يمكن ذلك.
“لقد أعمتنا تصوراتنا المسبقة. يقول نادو: إنها طريقة مختلفة للتفكير في الإخصاب مع آثار مختلفة جدًا حول عملية الإخصاب.
تشير مولي مانير ، عالمة الأحياء التطورية بجامعة جورج واشنطن ، إلى أن دور المرأة في التكاثر أكثر نشاطًا مما يُفترض عمومًا. ومع ذلك ، فهي حذرة بشأن تفسير الأدلة الجديدة على اختيار البويضات للحيوانات المنوية.
تشير مولي مانير ، عالمة الأحياء التطورية بجامعة جورج واشنطن ، إلى أن دور المرأة في التكاثر أكثر نشاطًا مما يُفترض عمومًا. ومع ذلك ، فهي حذرة بشأن تفسير الأدلة الجديدة على اختيار البويضات للحيوانات المنوية.الحيوانات المنوية والبويضة. أظهرت الأبحاث في مختبر نادو أن هذه الجزيئات تلعب دورًا كبيرًا في الإخصاب ، ويعتقد أن التشوهات في جينات إشارات معينة قد تغير مقدار جذب الحيوانات المنوية والبويضة لبعضهما البعض.
تعتمد الفرضية المتنافسة على حقيقة أن الحيوانات المنوية غالبًا ما تكون موجودة في الجهاز التناسلي الأنثوي قبل المجموعة النهائية من الانقسامات الخلوية التي تنتج البويضة. يمكن أن تؤثر الإشارات الصادرة عن الحيوانات المنوية على انقسامات الخلايا وتحيز هوية الخلية التي تصبح البويضة.
مهما كانت الآلية ، فإن هذا العمل يتحدى النظرة القياسية لفيزيولوجيا الأنثى على أنها سلبية أثناء الإخصاب. قالت رينيه فيرمان ، عالمة الأحياء التطورية بجامعة أستراليا الغربية: “كان يُنظر إلى الإناث على أنها أشياء سلبية لا خيار لها ، ولكن سيكون للإناث مصلحة راسخة في نتيجة الإخصاب”. “لا يزال أمامنا طريق طويل لنقطعه لفهم هذه العملية ، لكنني لا أعتقد أننا ما زلنا نقدر حقًا مدى شيوع هذا الأمر وعدد مرات حدوثه.”
قال مانييه إن العثور على بيانات لدعم هذه الفرضية أو دحضها قد يكون أمرًا صعبًا. سيعتمد ذلك على إظهار أن الجينات الموجودة في الحيوانات المنوية تؤثر على جزيئات سطحها ، وأن البويضة يمكنها الشعور بهذه الاختلافات. ستتطلب مثل هذه النتائج دراسات كيميائية حيوية مفصلة لخلايا الحيوانات المنوية الفردية وتسلسل المعلومات حول جينومها.
نادو جاهز للمشككين – لقد واجه العديد في المؤتمرات عندما قدم نتائج دراساته على الفئران وفرضيته لما يجري. غالبًا ما يقترب منه النقاد بعد الحديث ويبدأون في طرح الأسئلة عليه. من غير الواضح ما إذا كانوا يبتعدون عن قناعة ، لكن نادو يشعر أنهم أقل يقينًا من عدم حدوث الإخصاب المتحيز. بالنسبة لهرميت مالك ، عالم الوراثة وعالم الفيروسات في مركز فريد هاتشينسون لأبحاث السرطان ، فإن الوضع هو الحل النهائي لشرلوك هولمزيان.
وقال ساخرًا: “إذا كنت قد أزلت المستحيل ، فإن ما يبقى ، مهما كان غير محتمل ، يجب أن يكون الحقيقة”.
يقول علماء آخرون ، مثل مانير في جامعة جورج واشنطن ، إن فرضية نادو مثيرة للاهتمام وحتى معقولة ، لكنهم يشيرون إلى أنه لا يوجد لدى أي شخص أي دليل حول كيفية حدوث ذلك. يوافق نادو ويشير إلى احتمالين.
الأول ينطوي على استقلاب فيتامينات ب مثل حمض الفوليك ، والتي تشكل جزيئات تأشير مهمة
