آیا بدن انسان‌ ممکن است روزی زهر تولید کند؟

بسیار بعید است که انسان‌ها به گروه حیوانات زهرآگینی مانند مار زنگی و پلاتی‌پوس‌ بپیوندند؛ اما پژوهشی جدید نشان می‌دهد انسان‌ها جعبه‌ابزار لازم برای تولید زهر را دارند. در واقع تمامی خزندگان و پستانداران این امکانات را دارا هستند. این مجموعه از ژن‌های انعطاف‌پذیر که خصوصاً با غدد بزاقی در انسان‌ها مرتبط هستند، توضیح می‌دهند که زهر چگونه به‌طور مستقل بیش از صد بار در سلسله‌ی جانوران از اجدادی تکامل پیدا کرده است که دارای زهر نبودند. اگنیش باروا، دانشجوی دکترای ژنتیک تکاملی مؤسسه علم و فناوری اوکیناوا در ژاپن و یکی از نویسندگان مقاله، می‌گوید: «اساسا همه‌ی ما عناصر سازنده را در اختیار داریم. اکنون این وظیفه‌ی تکامل است که ما را به آنجا ببرد.»

زهرِ دهانی در سراسر سلسله‌ی جانوران رایج است و در موجودات متنوعی مانند عنکبوت‌ها، مارها و اسلولوریس‌ها دیده می‌شود. اسلولوریس تنها گونه زهرآگین شناخته‌شده از نخستی‌ها است. به گزارش لایو ساینس، زیست‌شناسان از قبل می‌دانستند که غدد زهر دهانی، همان غدد بزاقی هستند که تغییر پیدا کرده‌اند؛ اما پژوهش جدید مکانیک مولکولی پشت‌صحنه‌ی این تغییر را آشکار می‌کند.

سلاحی انعطاف‌پذیر

زهر نمونه‌ی کاملی از انعطاف‌پذیری طبیعت است. رونالد جنر، پژوهشگر زهر در موزه تاریخ طبیعی لندن که در پژوهش جدید مشارکتی نداشته است، گفت بسیاری از توکسین‌های موجود در زهر در حیوانات بسیار متفاوت مشترک هستند. برای مثال، برخی از اجزای زهر لب‌پایان در زهر مار نیز دیده می‌شود.

باروا می‌گوید مطالعه‌ی جدید روی خود توکسین‌ها تمرکز ندارد، زیرا توکسین‌ها به‌سرعت تکامل پیدا می‌کنند و از مخلوط پیچیده‌ای از ترکیبات مختلف تشکیل شده‌اند. در عوض، او و الكساندر میخایف، نویسنده‌ی دیگر مقاله که متخصص زیست‌شناسی تکاملی از دانشگاه ملی استرالیا است، روی ژن‌های خانه‌بان تمرکز کردند، یعنی ژن‌هایی که با زهر در ارتباط هستند اما مسئول تولید توکسین‌ها نیستند. این ژن‌های تنظیم‌کننده اساس کل سیستم زهر را تشکیل می‌دهند.

_{پژوهشگران ژنوم مار هابوی تایوان را که نوعی افعی گودال زهرآگین است، مورد مطالعه قرار دادند}

پژوهشگران کار خود را با ژنوم مار هابوی تایوان (Trimeresurus mucrosquamatus) شروع کردند که نوعی افعی گودال قهوه‌ای است که به‌خوبی مورد مطالعه قرار گرفته؛ چراکه گونه‌ای مهاجم در اوکیناوا است. باروا می‌گوید: «از آن‌جایی که از عملکرد تمام ژن‌هایی که در این جانور وجود دارد، آگاهی داریم، می‌توانیم ببینیم ژن‌های زهر با کدام ژن‌ها ارتباط دارند.»

پژوهشگران مجموعه‌ای از ژن‌ها را پیدا کردند که در چندین بافت بدن در سراسر آب‌پرده‌داران رایج هستند (آب‌پرده‌داران جانورانی هستند که تخمک‌هایشان درون بدن بارور می‌شود یا روی زمین تخم می‌گذارند، این جانوران شامل خزندگان، پرندگان و برخی پستانداران می‌شوند). بسیاری از این ژن‌ها در فرایند تا خوردن پروتئین‌ها نقش دارند که امری منطقی است، زیرا جانوران زهرآگین باید مقدار زیادی توکسین‌ تولید کنند که از پروتئين‌ها ساخته می‌شود. پروتئینی که چنین بافتی تولید می‌کند، باید از کیفیت بالایی برخوردار باشد.

عجیب نیست که همان نوع ژن‌های خانه‌بان تنظیمی به‌وفور در غده بزاقی انسان یافت می‌شوند که همچنین مجموعه‌ای از پروتئین‌ها (که در بزاق یافت می‌شود) را در مقادیر زیادی تولید می‌کند. این پایه‌ی ژنتیکی همان چیزی است که مجموعه‌ی گسترده‌ای از زهرهایی را که به‌طور مستقل در سراسر سلسله‌ی جانوران تکامل یافته، ممکن می‌سازد. به‌عبارت ‌دیگر، هر پستاندار یا خزنده‌ای داربست ژنتیکی را که سیستم زهر دهانی روی آن بنا می‌شود، دارا است. انسان‌ها (و نیز موش‌ها) نیز یکی از پروتئین‌های اصلی مورد استفاده در بسیاری از سیستم‌های زهر را تولید می‌کنند.

کالیکرئین‌ها که پروتئین‌هایی هستند که پروتئین‌های دیگر را هضم می‌کنند، در بزاق ترشح می‌شوند. آن‌ها همچنین جزء مهمی از بسیاری از زهرها هستند. به‌گفته‌یبرایان فرای، بیوشیمیدان و کارشناس زهر در دانشگاه کوئینزلند استرالیا که در پژوهش جدید مشارکتی نداشت، علت آن است که کالیکرئین‌ها پروتئین‌های بسیار پایداری هستند و طی جهش به‌سادگی عملکرد آن‌ها مختل نمی‌شود؛ بنابراین، دستیابی به جهش‌های سودمند در کالیکرئین‌ها که زهر را دردناک‌تر و کشنده‌تر می‌کند، آسان است (یکی از اثرات کالیکرئین‌ها کاهش شدید فشار خون است). فرای می‌گوید این مسئله که کالیکرئین‌ها رایج‌ترین عنصری هستند که در انواع مختلف زهرها در سراسر سلسله‌ی جانوران ترشح می‌شود، اتفاقی نیست، زیرا به هر شکلی که باشد، آنزیم بسیار فعالی است و تأثیر مخرب خود را حفظ می‌کند.

بنابراین، کالیکرئین‌ها نقطه‌ی شروع طبیعی برای انسان‌های ازنظر تئوری زهرآگین هستند. در واقع اگر قرار باشد، انسان‌ها در مسیر تکامل زهر حرکت کنند، می‌توانیم به‌طور بالقوه شاهد افزایش مقدار کالیکرئین‌ها باشیم؛ اما این اتفاق چندان محتمل نیست، مگر اینکه استراتژی‌های موفق کنونی انسان برای دستیابی به غذا و انتخاب همسر به طریقی شروع به از هم پاشیدن کند.

به گفته‌ی جنر، زهر معمولا به‌عنوان روشی برای دفاع یا به‌عنوان راهی برای از پای درآوردن طعمه تکامل پیدا می‌کند. اینکه دقیقا چه نوع زهری تکامل پیدا می‌کند، به نحوه‌ی زندگی جانور بستگی دارد. تکامل به کمک انتخاب طبیعی می‌تواند زهر را در جهت نیازهای حیوان سازگار کند. برای مثال، انواعی از مارهای بیابانی وجود دارد که با اینکه از یک گونه هستند، به دلیل محل زندگی زهر متفاوتی دارند: در کف صحرا، جایی که مارها عمدتاً موش شکار می‌کنند، زهر بیشتر روی سیستم گردش خون عمل می‌کند، زیرا برای مار سخت نیست که موش در حال مرگی را در فاصله‌ی کمی روی کف زمین دنبال کند؛ اما در کوهستان‌های سنگی، جایی که مارها عمدتاً مارمولک‌ها را شکار می‌کنند، زهر نوروتوکسینی قوی است، زیرا اگر شکار بلافاصله بی‌حرکت نشود، به‌آسانی می‌تواند به درون شکافی فرار کند و برای همیشه ناپدید شود.

تعدادی از پستانداران نیز زهر دارند. خفاش‌های خون‌آشام که بزاقی زهرآگین دارند که مانع از لخته شدن خون می‌شود از سلاح شیمیایی خود استفاده می‌کنند تا بهتر بتوانند از زخم‌های طعمه‌ی خود تغذیه کنند. حشره‌خوارهای سمی و شکاف‌دندان‌های حشره‌خوارمانند (پستانداران کوچکی که زیرزمین لانه می‌سازند) می‌توانند با استفاده از زهر خود جانورانی را شکار کنند که اگر زهر نباشد، می‌توانند خود شکارچی را بکشند. حشره‌خوارها همچنین گاهی اوقات از زهر خود برای فلج کردن طعمه (معمولا حشرات و بی‌مهرگان دیگر) استفاده می‌کنند تا آن را ذخیره کرده و بعداً از آن تغذیه کنند. در همین حین، پلاتی‌پوس‌ها نیش زهرآگینی ندارند، اما خاری زهرآگین در پاهای پشتی خود دارند و عمدتاً از زهر خود در درگیری با پلاتی‌پوس‌های دیگر به خاطر جفت یا قلمرو استفاده می‌کنند.

البته انسان‌ها ابزار، سلاح‌ها و ساختارهای اجتماعی را اختراع کرده‌اند که بیشتر این کارها را بدون نیاز به نیش زهرآگین انجام می‌دهد. علاوه بر این، زهر گران است. ساختن و تاخوردگی پروتئین‌های موجود در زهر انرژی می‌خواهد. به همین دلیل، زمانی‌که زهر استفاده نشود، به‌آسانی از بین می‌رود. گونه‌هایی از مارهایی دریایی وجود دارد که غده‌های زهر بازمانده‌ای دارند که دیگر زهرآگین نیستند، زیرا از تغذیه از ماهی‌ها به تغذیه از تخم‌های ماهی روی آورده‌اند که به نیش زهرآگین نیازی ندارد.

به گفته‌ی فرای، پژوهش جدید به درک ژنتیک پشت‌صحنه‌ی کنترل زهر کمک می‌کند و می‌تواند درزمینه‌ی پزشکی مهم باشد. اگر قرار بود مغز مار کبرا ژن‌هایی را بیان کند که در غده‌های زهر او بیان می‌شود، بلافاصله به خاطر زهر خود می‌مرد. کسب دانش در این زمینه که ژن‌ها چگونه بیان را در بافت‌های مختلف کنترل می‌کنند، می‌تواند به درک بیماری‌هایی مانند سرطان کمک کند که تا حد زیادی به این علت که بافت از کنترل خارج می‌شود و محصولاتی را در منطقه‌ای از بدن ترشح می‌کند که در آنجا نباید باشد، موجب بیماری و مرگ می‌شوند.

این پژوهش در مجله‌ی PNAS منتشر شده است.