تذكير سريع في ثوانٍ:
في الجزء الأول من هذه السلسلة المكوّنة من ثلاثة أجزاء، تعرّفنا إلى قصة ضفدعٍ صوّره المصوّر الصحفي الكندي سكوت جاردنر عام 1992. وقد بدا الضفدع غريبًا إلى درجة أن كثيرًا من الناس افترضوا أن الصورة مجرد خدعة أو مزحة متعمدة. فلم تكن له تجاويف عينية ظاهرة؛ بل بدت عيناه كلتاهما وكأنهما مغروستان في سقف فمه. وسرعان ما انتشرت الصورة في كندا والولايات المتحدة، ثم ظهرت لاحقًا في منشورات علمية وكتب العلوم المبسطة. وفي البداية، وقف العلماء حائرين أمام هذه الخصائص غير المألوفة، لكنهم رأوا أن هذه الحالة النادرة قد تكون ناجمة عن اضطراب نمائي كبير، يُوصف أحيانًا بمصطلح «الطفرات الكبيرة». وفي هذا المقال، سنلقي نظرة عن كثب على علم الأحياء النمائي، ونوضح ماهية الطفرات الكبيرة، ونستكشف أسبابها المحتملة ونتائجها.
حل اللغز: كيف يفسر التطور الجنيني ظاهرة الضفدع “ذو العينين داخل الفم”؟
تكمن الإجابة في أحد أكثر مجالات علم الأحياء إثارةً للاهتمام: التطور الجنيني [1].
منذ اللحظة التي تبدأ فيها البويضة المخصبة بالانقسام، تبدأ عملية استثنائية في الظهور. ولا ينشأ كائن حي كامل لمجرد أن كل عضو مبرمج مسبقًا ليظهر في موقع محدد وفقًا لمخطط جيني. بل يتطور الجنين من خلال تفاعل معقد بين خلاياه. فبينما تنقسم الخلايا وتهاجر وتتخصص، تتبادل الخلايا المجاورة باستمرار إشارات جزيئية [2] تخبر بعضها البعض بما يجب أن تصبح عليه، ومتى يجب أن تتطور، والمكان المحدد الذي يجب أن تتشكل فيه. تسمح هذه العملية الرائعة، المعروفة باسم “التحفيز الجنيني [3]“، لمليارات الخلايا بالعمل معًا لبناء كائن حي معقد.
ولا تقل أهمية عن ذلك الجينات المسؤولة عن التحكم في نمو الجنين — والتي تسمى أحيانًا “الجينات التنظيمية الرئيسية [4]“. وبدلاً من بناء الأعضاء مباشرةً، تنسق هذه الجينات التعليمات الجينية التي لا حصر لها والتي توجه الخطة الشاملة للجسم. فهي تنظم متى تنقسم الخلايا، وأين تهاجر، وكيف تُنظّم الأنسجة والأعضاء. وإذا تعطل أحد هذه الجينات التظيمية الرئيسية — أو مسارات الإشارة التي يتحكم فيها — في مرحلة مبكرة من النمو، فقد تنتشر آثاره في جميع أنحاء الجنين، مما يؤدي إلى تشوهات هيكلية جذرية بدلاً من الاختلافات الجينية الصغيرة التي تحدث بصورة طبيعية داخل المجموعات السكانية.
يُعد نمو العين أحد الأمثلة الكلاسيكية على هذه العملي.
في المراحل المبكرة من التطور الجنيني، يبرز من الدماغ النامي نمو صغير ليُشكّل بنية تُسمى الحويصلة البصرية [5]، والتي تتطور لاحقًا إلى الشبكية [6]. ورغم أن الشبكية الناضجة تكتشف الضوء في نهاية المطاف، فإن دورها الجنيني خلال التطور الجنيني لا يقل أهمية. فهي تشارك في إرسال إشارات جزيئية توجه النسيج السطحي المجاور — الأديم الخارجي [7] — ليتطور إلى عدسة العين [8]. وبدون هذه الإشارات، لا تتشكل العدسة بصورة طبيعية.
بعبارة أخرى، تتواصل الأنسجة النامية للعين مع الأنسجة المجاورة، وتساعد في توجيهها لبناء بقية أجزاء العين.
أثبت علماء بيولوجيا النمو هذا المبدأ من خلال سلسلة من التجارب الرائعة. فعندما زرعوا حويصله بصرية نامية في موقع غير معتاد في جنين ضفدع — على سبيل المثال، بالقرب من الفم المستقبلي — استمر النسيج في إرسال نفس التعليمات الكيميائية. استجابت الخلايا المجاورة تمامًا كما تفعل عادةً، فأنتجت عدسةً وهياكل أخرى للعين في ذلك الموقع غير الطبيعي تمامًا.
وكشفت هذه التجارب حقيقة مهمة: الجينات وحدها لا تحدد مكان نمو الأعضاء؛ فالتواصل المستمر بين الأنسجة المجاورة لا يقل أهميةً عن ذلك.
ويبدو أن الضفدع المذهل الذي صوره سكوت جاردنر [9] هو مثال طبيعي على هذه العملية التطورية التي انحرفت بشكل دراماتيكي عن مسارها. فبدلاً من أن تتشكل العينان في موضعهما الطبيعي على جانبي الرأس، نمتا داخل سقف الفم بعد أن انحرفت الإشارات التطورية المسؤولة عن توجيه تكوين العين بطريقة ما خلال المراحل المبكرة من حياة الجنين.
ما هي الطفرة الكبيرة؟
يعتقد الباحثون أن هذه الحالة النادرة نتجت على الأرجح عن طفرة كبيرة — وهي تغيير جيني أو تنموي نادر يُحدث تأثيرًا كبيرًا ومفاجئًا على بنية جسم الكائن الحي. وعلى عكس الطفرات الصغيرة [10] الأكثر شيوعًا، والتي تسبب تغيرات جينية صغيرة تتراكم تدريجيًا على مدى أجيال عديدة، يمكن للتغيرات الجينية الكبيرة أن تؤدي إلى تشوهات تشريحية لافتة للنظر لدى فرد واحد. وقد تغير حجم الأعضاء وأجزاء الجسم أو شكلها أو عددها أو موضعها.
يتمتع مصطلح “الطفرة الكبيرة [11]” بتاريخ علمي مثير للاهتمام. فقد اقترح علماء الأحياء التطوريون الأوائل ذات مرة أن أنواعًا جديدة تمامًا قد تنشأ من خلال طفرات فردية جذرية. لكن علم الأحياء التطوري الحديث لا يدعم هذه الفكرة بوصفها تفسيرًا عامًا لنشوء الأنواع الجديدة. واليوم، يستخدم العلماء هذا المصطلح في المقام الأول لوصف التشوهات التنموية النادرة الناتجة عن اضطرابات في الجينات أو مسارات الإشارات التي تتحكم في نمو الجنين.
ما الذي يسبب الطفرات الكبيرة؟
لا يزال السبب الدقيق وراء حدوث هذه التشوهات غير مؤكد، وفي كثير من الحالات لا يمكن تحديد سبب واحد. يعتقد العلماء أن عدة عوامل وراثية وبيئية قد تتفاعل خلال المراحل المبكرة جدًا من التطور الجنيني.
أحد الاحتمالات هو حدوث طفرة تؤثر على جين منظم للتطور [12] — مثل أحد جينات HOX أو غيرها من الجينات التنظيمية الرئيسية التي تسهم في تنظم البنية العامة للجسم. ونظرًا إلى أن هذه الجينات تنظم العديد من الجينات الأخرى، فإن حدوث خطأً واحدًا قد يؤدي إلى تغييرات تشريحية واسعة النطاق.
قد تنشأ التشوهات النمائية أيضًا دون وجود طفرة وراثية [13]. فقد تؤدي الأخطاء في هجرة الخلايا، أو طي الأنسجة، أو تكوين الأعضاء أثناء النمو الجنيني أحيانًا إلى تحويل مسار النمو الطبيعي إلى أنماط غير متوقعة على الإطلاق.
وقد تزيد العوامل البيئية من خطر حدوث مثل هذه التشوهات.. ومن أشهر الأمثلة على ذلك الديدان المسطحة الطفيلية [14] التي تُعرف باسم “التريماتودات [15]”. إذ تصيب يرقاتها المجهرية الضفادع الصغيرة أثناء نموها، وهي معروفة جيدًا بتسببها في تشوهات شديدة في الأطراف، بما في ذلك الأرجل الزائدة، وفقدان الأرجل، وقِصر الأطراف، وغيرها من التشوهات الهيكلية الكبيرة.
وقد يؤدي التلوث إلى تفاقم الوضع. فالمبيدات الزراعية والمواد الكيميائية الصناعية وتسرب الأسمدة يمكن أن تضعف جهاز المناعة لدى البرمائيات، بينما تزيد في الوقت نفسه من أعداد القواقع المائية التي تعمل كعوائل وسيطة لبعض هذه الطفيليات. وقد يؤدي التعرض المتزايد للطفيليات، مقترناً بالإجهاد الكيميائي، إلى زيادة احتمالية حدوث تشوهات في النمو.
ومن العوامل الأخرى التي قد تسهم في ذلك زيادة الأشعة فوق البنفسجية [16] (UV-B)، والملوثات السامة، والعدوى الفيروسية، والإصابات الجسدية التي قد تتعرض لها الأجنة خلال المراحل المبكرة من التطور. ونظرًا لأن هذه العوامل غالبًا ما تحدث معًا، نادرًا ما يتمكن العلماء من تحديد سبب واحد مسؤول عن أي تشوه فردي.
لكن هل يستطيع ضفدع بعينين داخل فمه أن يعيش حياة طبيعية؟ ولماذا يهتم العلماء بدراسة مثل هذه الحالات النادرة؟ هذا ما سنكتشفه في الجزء الثالث.
الملاحظات
1. التطور الجنيني – Embryonic Development
هو العملية التي تتحول خلالها البويضة المخصبة إلى جنين، ثم تتشكل تدريجيًا الأنسجة والأعضاء وبنية الجسم. وتتضمن هذه العملية انقسام الخلايا وهجرتها وتخصصها وتواصلها المنظم أثناء نمو الجنين.
2. إشارات جزيئية – Molecular Signals
هي رسائل كيميائية تطلقها الخلايا للتأثير في سلوك الخلايا الأخرى أو نموها أو حركتها أو تخصصها. وتؤدي دورًا مهمًا في تنسيق تكوّن الأنسجة والأعضاء أثناء التطور الجنيني.
3. التحفيز الجنيني – Embryonic Induction
هي عملية تؤثر فيها مجموعة من الخلايا النامية في نمو مجموعة أخرى من الخلايا وتخصصها. وتساعد هذه التفاعلات على تحديد نوع الأنسجة والأعضاء التي ستتكون ومواقع تشكلها داخل الجنين.
4. الجينات التنظيمية – Regulatory Genes
هي جينات تتحكم في نشاط جينات أخرى وتساعد على تنظيم العمليات الخلوية المختلفة. وخلال التطور الجنيني، تسهم في تحديد متى وأين تنمو الخلايا وتنقسم وتهاجر وتتخصص.
5. الحويصلة البصرية – Optic Vesicle
هي بنية جنينية مبكرة تتشكل على هيئة بروز من الدماغ الأمامي النامي. وتسهم لاحقًا في تكوين الشبكية وغيرها من أجزاء العين.
6. الشبكية – Retina
هي طبقة حساسة للضوء تقع في الجزء الخلفي من العين. وتحتوي على خلايا متخصصة تستشعر الضوء وتحوله إلى إشارات تنتقل إلى الدماغ عبر العصب البصري.
7. الأديم الخارجي – Ectoderm
هو الطبقة الجرثومية الخارجية من الطبقات الجنينية الثلاث التي تتشكل في المراحل المبكرة من التطور الجنيني. وينشأ منه عدد من البنى، منها البشرة والجهاز العصبي وأجزاء من أعضاء الحس.
8. عدسة العين – Lens of the Eye
هي بنية شفافة ومرنة تقع خلف القزحية، وتعمل على تركيز الضوء الداخل إلى العين على الشبكية. وخلال التطور الجنيني، تساعد الإشارات الصادرة عن الأنسجة النامية المحيطة بالعين في توجيه الأديم الظاهر لتكوين العدسة.
9. سكوت جاردنر – Scott Gardner
هو مصور صحفي كندي التقط عام 1992 صورة الضفدع غير المألوف الذي يتناوله هذا المقال. وقد أثارت صورته اهتمامًا كبيرًا لأنها بدت وكأنها تُظهر ضفدعًا تقع عيناه كلتاهما داخل فمه.
10. الطفرات الصغيرة – Micromutations
هي تغيرات جينية صغيرة نسبيًا يمكن أن تؤدي إلى اختلافات محدودة في صفات الكائن الحي. ويمكن لهذه التغيرات أن تسهم في التنوع الجيني داخل الجماعات، كما قد يؤدي تراكمها عبر أجيال عديدة دورًا في التغير التطوري.
11. الطفرة الكبيرة – Macromutation
هو مصطلح استُخدم تاريخيًا لوصف تغير جيني كبير نسبيًا يرتبط بتغير ملحوظ في صفات الكائن الحي أو نموه. وقد استُخدم المصطلح في علم الأحياء التطوري لوصف التغيرات الكبيرة والمفاجئة، لكنه لا يُعد عمومًا تفسيرًا قياسيًا لنشوء تراكيب جسمية معقدة جديدة.
12. جين منظم للتطور – Developmental Regulatory Gene
هو جين يساعد على التحكم في توقيت التطور الجنيني وموقعه ونمطه. ومن خلال تنظيم جينات أخرى ومسارات الإشارات الخلوية، يمكنه التأثير في كيفية تكوّن الأنسجة والأعضاء وتنظيمها.
13. طفرة وراثية – Genetic Mutation
هي تغير يحدث في تسلسل الحمض النووي (DNA) لدى الكائن الحي. وقد لا يكون لبعض الطفرات أي تأثير ملحوظ، بينما يمكن أن تؤدي طفرات أخرى إلى تغيرات نافعة أو ضارة أو إلى تغيير وظيفة الجين.
14. الديدان المسطحة الطفيلية – Parasitic Flatworms
هي أنواع من الديدان المسطحة التي تعيش داخل كائن حي آخر أو عليه، يُعرف باسم العائل، وتحصل منه على الغذاء. ولدى بعض هذه الديدان دورات حياة معقدة تتضمن عدة عوائل، وقد تسبب أمراضًا أو تشوهات نمائية لدى عوائلها.
15. التريماتودات – Trematodes
هي مجموعة من الديدان المسطحة الطفيلية التي تنتمي إلى طائفة Trematoda، وتُعرف شائعًا باسم الديدان المثقوبة (Flukes). ولدى كثير من أنواعها دورات حياة معقدة تتضمن عوائل وسيطة، مثل قواقع المياه العذبة، قبل وصولها إلى عوائلها الفقارية النهائية.
16. الأشعة فوق البنفسجية – Ultraviolet Radiation
هي نوع من الإشعاع الكهرومغناطيسي ذي أطوال موجية أقصر من الضوء المرئي. ويمكن أن يؤدي التعرض المفرط لبعض أنواع الأشعة فوق البنفسجية، ولا سيما UV-B، إلى إتلاف الخلايا والحمض النووي، وقد يؤثر في نمو أجنة البرمائيات وبقائها.
المراجع
1. فريق عمل موقع “السفر”. “مصور كندى يعثر على ضفدع له عيون في فمه، مما أربك العلماء”. موقع “السفر”، 24 يونيو 2026.
https://www.thetravel.com/photo-of-toad-with-eyes-in-mouth-found-in-canada
2. علم الأحياء التطوري. (2020). علم الأحياء التطوري (الطبعة الثانية عشرة).
Sinauer Associates / Oxford University Press.
3. مبادئ التطور. (2019). مبادئ التطور (الطبعة السادسة). مطبعة جامعة أكسفورد.
Oxford University Press.
4. جون جيرهارت، ج.، ومارك كيرشنر، م. (1997). الخلايا والأجنة والتطور.
Blackwell Science.
5. علم الأجنة الطبي للانجمان. (2024). علم الأجنة الطبي للانجمان (الطبعة الخامسة عشرة).
Wolters Kluwer.