زنبورها ممکن است راز کند کردن روند پیری را آشکار کنند
یک ستاره نوظهور در تحقیقات پیری
دانشمندان کشف کرده‌اند که زنبورهای جواهر می‌توانند سرعت بیولوژیکی پیری خود را کاهش دهند. مطالعه آنها بر روی زنبورهای جواهر، که به خاطر رنگ‌های فلزی متمایزشان شناخته می‌شوند، نشان داده است که آنها می‌توانند پیش از رسیدن به بلوغ، نوعی وقفه زمانی طبیعی را به عنوان لارو تجربه کنند.
این پژوهش توسط دانشمندان دانشگاه لستر انجام ودرمجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است. نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که این وقفه زمانی در رشد زنبورها، طول عمر را به طور چشمگیری افزایش می‌دهد و سرعت تیک‌تاک به‌اصطلاح «ساعت اپی‌ژنتیک» را که نشانگر پیری مولکولی است، کاهش می‌دهد.
پیری فقط شمارش روزهای زندگی یک موجود نیست بلکه یک فرآیند بیولوژیکی است که اثر انگشت مولکولی را روی DNA ما به‌جا می‌گذارد. یکی از دقیق‌ترین نشانگرهای این فرآیند، ساعت اپی‌ژنتیک است که تغییرات شیمیایی در DNA، معروف به متیلاسیون، را که با افزایش سن تجمع می‌یابند، ردیابی می‌کند. اما اگر خود روند رشد را تغییر دهیم، چه اتفاقی می‌افتد؟
برای فهمیدن این موضوع، تیمی در دانشگاه لستر، شامل ارین فولی، دانشجوی دکترا و نویسنده اول مطالعه، دکتر کریستین توماس، پروفسور چارالامبوس کیریاکو و پروفسور ایمون مالون از دپارتمان ژنتیک، ژنومیک و علوم سرطان، به زنبور ناسونیا ویتریپنیس (Nasonia vitripennis) که با نام زنبور جواهر نیز شناخته می‌شود، روی آوردند.
این حشره کوچک در حال تبدیل شدن به یک مدل قدرتمند برای تحقیقات پیری است؛ زیرا برخلاف بسیاری از بی‌مهرگان دیگر، مانند انسان‌ها دارای یک سیستم متیلاسیون DNAفعال وهمچنین طول عمر کوتاهی است که آن را برای پژوهش، ایده‌آل می‌کند.
چگونگی آزمایش
محققان زنبورهای مادر جواهر را در معرض سرما و تاریکی قرار دادند وحالتی شبیه به خواب زمستانی به نام دیاپوز (میان‌خوابی) در نوزادان آنها ایجاد کردند. این دکمه مکث (وقفه زمانی) طبیعی، طول عمر فرزندان را در بزرگسالی بیش از یک‌سوم افزایش داد. حتی قابل توجه‌تر این‌که، زنبورهایی که دیاپوز را پشت‌سر گذاشته بودند، در سطح مولکولی ۲۹درصد کندتر از همتایان خود پیر شدند. ساعت‌های اپی‌ژنتیکی آنها با سرعت کمتری حرکت کرد و این نخستین شواهدی مستقیم را ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد سرعت پیری بیولوژیکی می‌تواند در یک بی‌مهره از نظر رشدی تنظیم شود.
ایمون مالون، استاد زیست‌شناسی تکاملی و نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: «مثل این است که زنبورهایی که در اوایل زندگی استراحت کرده بودند، با زمان اضافی در بانک بدن خود برگشته‌اند. این نشان می‌دهد که پیری فرآیندی قطعی نیست؛ بلکه می‌تواند توسط محیط، حتی پیش از آغاز بزرگسالی، کند شود.»
نخستین پژوهش پیشگامانه
در حالی که برخی حیوانات می‌توانند پیری را در حالت‌های غیرفعال کاهش دهند، این مطالعه نخستین پژوهشی است که نشان می‌دهد این مزایا پس از ازسرگیری رشد نیز ادامه می‌یابد. علاوه‌بر این، کاهش سرعت مولکولی صرفا یک اثر تصادفی نبود بلکه با تغییراتی در مسیرهای بیولوژیکی کلیدی که در گونه‌های مختلف حفظ شده‌اند، ازجمله مسیرهای مرتبط با حسگرهای انسولین و مواد مغذی، مرتبط بود. همین مسیرها در مداخلات ضدپیری در انسان‌ها نیز هدف قرار گرفته‌اند.
آنچه این مطالعه را بدیع و شگفت‌انگیز می‌کند، این است که نشان می‌دهد یک کند شدن طولانی‌مدت و ناشی از عوامل محیطی در روند پیری، در سیستمی که هم ساده و هم مرتبط با زیست‌شناسی انسان است، وجود دارد. این مطالعه شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه می‌دهد که رویدادهای اوایل زندگی می‌توانند نه‌تنها بر سلامت بلکه بر سرعت فرآیند پیری بیولوژیکی نیز تاثیرات ماندگاری بگذارند.
پروفسور مالون افزود: «درک چگونگی و چرایی پیری یک چالش علمی بزرگ است. این مطالعه راه‌های جدیدی را برای تحقیق، نه‌تنها در زیست‌شناسی زنبورها بلکه در مورد این پرسش گسترده‌تر که آیا روزی می‌توانیم مداخلاتی را برای کند کردن پیری در ریشه‌های مولکولی آن طراحی کنیم، باز می‌کند. با ابزارهای ژنتیکی، نشانگرهای قابل اندازه‌گیری پیری و ارتباط واضح بین رشد و طول عمر، ناسونیا ویتریپنیس اکنون یک ستاره در حال ظهور در تحقیقات پیری است. به طور خلاصه، این زنبور کوچک ممکن است پاسخ‌های بزرگی در مورد چگونگی توقف پیری داشته باشد.»
اهمیت زنبورهای جواهر در پژوهش‌های علمی
زنبور Nasonia vitripennis، یک گونه از زنبورهای پارازیتوئید کوچک از خانواده Pteromalidae است که به دلیل ویژگی‌های زیستی و ژنتیکی منحصربه‌فردش، به‌عنوان یک مدل مهم در تحقیقات علمی، به‌ویژه در زمینه‌های ژنتیک، زیست‌شناسی تکاملی و اکولوژی استفاده می‌شود. این زنبور که معمولا کمتر از دو میلی‌متر طول دارد، به‌طور گسترده در طبیعت یافت می‌شود و اغلب به‌عنوان پارازیت لارو مگس‌های خانگی و دیگر حشرات شناخته می‌شود.
این گونه در مناطق معتدل جهان، از جمله اروپا، آمریکای شمالی و آسیا، یافت می‌شود و معمولا در محیط‌هایی با حضور میزبان‌های مناسب مانند لاشه‌ها یا زباله‌های آلی زندگی می‌کند.
این زنبور تخم‌های خود را درون لارو یا شفیره حشرات میزبان (مانند مگس‌های خانواده Calliphoridae) قرار می‌دهد. پس از تخم‌گذاری، لاروهای زنبور از منابع بدن میزبان تغذیه کرده و باعث مرگ آن می‌شوند. چرخه زندگی این زنبور شامل مراحل تخم، لارو، شفیره و بالغ است که در شرایط بهینه (دمای حدود ۲۵ درجه سانتی‌گراد) حدود ۱۴ روز طول می‌کشد. این زنبورها به دلیل تولید مثل سریع و توانایی پرورش در آزمایشگاه، برای مطالعات ژنتیکی مناسب هستند.
زنبور جواهر دارای سیستم تعیین جنسیت هاپلو-دیپلوئید است؛ نرها هاپلوئید (از تخم‌های بارورنشده) و ماده‌ها دیپلوئید (از تخم‌های بارور شده) هستند. ژنوم این‌گونه به‌طور کامل توالی‌یابی شده و به دلیل اندازه کوچک و سادگی نسبی، امکان مطالعه مکانیسم‌های ژنتیکی مانند تکامل، رفتار اجتماعی، و تعاملات پارازیت-میزبان را فراهم می‌کند. این زنبور در کنترل بیولوژیکی آفات، به‌ویژه مگس‌های مضر، نقش دارد. همچنین، به دلیل رفتارهای پیچیده مانند انتخاب میزبان و رقابت درون‌گونه‌ای، در مطالعات اکولوژیکی و رفتاری مورد توجه است. تحقیقات روی زنبور جواهر به درک بهتر تکامل رفتارهای اجتماعی، مقاومت به سموم و حتی مکانیسم‌های اپی‌ژنتیکی کمک کرده است.
پیری فقط شمارش روزهای زندگی یک موجود نیست بلکه یک فرآیند بیولوژیکی است که اثر انگشت مولکولی را روی DNA ما به‌جا می‌گذارد. یکی از دقیق‌ترین نشانگرهای این فرآیند، ساعت اپی‌ژنتیک است که تغییرات شیمیایی در DNA، معروف به متیلاسیون، را که با افزایش سن تجمع می‌یابند، ردیابی می‌کند. اما اگر خود روند رشد را تغییر دهیم، چه اتفاقی می‌افتد؟
برای فهمیدن این موضوع، تیمی در دانشگاه لستر، شامل ارین فولی، دانشجوی دکترا و نویسنده اول مطالعه، دکتر کریستین توماس، پروفسور چارالامبوس کیریاکو و پروفسور ایمون مالون از دپارتمان ژنتیک، ژنومیک و علوم سرطان، به زنبور ناسونیا ویتریپنیس (Nasonia vitripennis) که با نام زنبور جواهر نیز شناخته می‌شود، روی آوردند.
این حشره کوچک در حال تبدیل شدن به یک مدل قدرتمند برای تحقیقات پیری است؛ زیرا برخلاف بسیاری از بی‌مهرگان دیگر، مانند انسان‌ها دارای یک سیستم متیلاسیون DNAفعال وهمچنین طول عمر کوتاهی است که آن را برای پژوهش، ایده‌آل می‌کند.
چگونگی آزمایش
محققان زنبورهای مادر جواهر را در معرض سرما و تاریکی قرار دادند وحالتی شبیه به خواب زمستانی به نام دیاپوز (میان‌خوابی) در نوزادان آنها ایجاد کردند. این دکمه مکث (وقفه زمانی) طبیعی، طول عمر فرزندان را در بزرگسالی بیش از یک‌سوم افزایش داد. حتی قابل توجه‌تر این‌که، زنبورهایی که دیاپوز را پشت‌سر گذاشته بودند، در سطح مولکولی ۲۹درصد کندتر از همتایان خود پیر شدند. ساعت‌های اپی‌ژنتیکی آنها با سرعت کمتری حرکت کرد و این نخستین شواهدی مستقیم را ارائه می‌دهد که نشان می‌دهد سرعت پیری بیولوژیکی می‌تواند در یک بی‌مهره از نظر رشدی تنظیم شود.
ایمون مالون، استاد زیست‌شناسی تکاملی و نویسنده ارشد این مطالعه، گفت: «مثل این است که زنبورهایی که در اوایل زندگی استراحت کرده بودند، با زمان اضافی در بانک بدن خود برگشته‌اند. این نشان می‌دهد که پیری فرآیندی قطعی نیست؛ بلکه می‌تواند توسط محیط، حتی پیش از آغاز بزرگسالی، کند شود.»
نخستین پژوهش پیشگامانه
در حالی که برخی حیوانات می‌توانند پیری را در حالت‌های غیرفعال کاهش دهند، این مطالعه نخستین پژوهشی است که نشان می‌دهد این مزایا پس از ازسرگیری رشد نیز ادامه می‌یابد. علاوه‌بر این، کاهش سرعت مولکولی صرفا یک اثر تصادفی نبود بلکه با تغییراتی در مسیرهای بیولوژیکی کلیدی که در گونه‌های مختلف حفظ شده‌اند، ازجمله مسیرهای مرتبط با حسگرهای انسولین و مواد مغذی، مرتبط بود. همین مسیرها در مداخلات ضدپیری در انسان‌ها نیز هدف قرار گرفته‌اند.
آنچه این مطالعه را بدیع و شگفت‌انگیز می‌کند، این است که نشان می‌دهد یک کند شدن طولانی‌مدت و ناشی از عوامل محیطی در روند پیری، در سیستمی که هم ساده و هم مرتبط با زیست‌شناسی انسان است، وجود دارد. این مطالعه شواهد قانع‌کننده‌ای ارائه می‌دهد که رویدادهای اوایل زندگی می‌توانند نه‌تنها بر سلامت بلکه بر سرعت فرآیند پیری بیولوژیکی نیز تاثیرات ماندگاری بگذارند.
پروفسور مالون افزود: «درک چگونگی و چرایی پیری یک چالش علمی بزرگ است. این مطالعه راه‌های جدیدی را برای تحقیق، نه‌تنها در زیست‌شناسی زنبورها بلکه در مورد این پرسش گسترده‌تر که آیا روزی می‌توانیم مداخلاتی را برای کند کردن پیری در ریشه‌های مولکولی آن طراحی کنیم، باز می‌کند. با ابزارهای ژنتیکی، نشانگرهای قابل اندازه‌گیری پیری و ارتباط واضح بین رشد و طول عمر، ناسونیا ویتریپنیس اکنون یک ستاره در حال ظهور در تحقیقات پیری است. به طور خلاصه، این زنبور کوچک ممکن است پاسخ‌های بزرگی در مورد چگونگی توقف پیری داشته باشد.»
اهمیت زنبورهای جواهر در پژوهش‌های علمی
زنبور Nasonia vitripennis، یک گونه از زنبورهای پارازیتوئید کوچک از خانواده Pteromalidae است که به دلیل ویژگی‌های زیستی و ژنتیکی منحصربه‌فردش، به‌عنوان یک مدل مهم در تحقیقات علمی، به‌ویژه در زمینه‌های ژنتیک، زیست‌شناسی تکاملی و اکولوژی استفاده می‌شود. این زنبور که معمولا کمتر از دو میلی‌متر طول دارد، به‌طور گسترده در طبیعت یافت می‌شود و اغلب به‌عنوان پارازیت لارو مگس‌های خانگی و دیگر حشرات شناخته می‌شود.
این گونه در مناطق معتدل جهان، از جمله اروپا، آمریکای شمالی و آسیا، یافت می‌شود و معمولا در محیط‌هایی با حضور میزبان‌های مناسب مانند لاشه‌ها یا زباله‌های آلی زندگی می‌کند.
این زنبور تخم‌های خود را درون لارو یا شفیره حشرات میزبان (مانند مگس‌های خانواده Calliphoridae) قرار می‌دهد. پس از تخم‌گذاری، لاروهای زنبور از منابع بدن میزبان تغذیه کرده و باعث مرگ آن می‌شوند. چرخه زندگی این زنبور شامل مراحل تخم، لارو، شفیره و بالغ است که در شرایط بهینه (دمای حدود ۲۵ درجه سانتی‌گراد) حدود ۱۴ روز طول می‌کشد. این زنبورها به دلیل تولید مثل سریع و توانایی پرورش در آزمایشگاه، برای مطالعات ژنتیکی مناسب هستند.
زنبور جواهر دارای سیستم تعیین جنسیت هاپلو-دیپلوئید است؛ نرها هاپلوئید (از تخم‌های بارورنشده) و ماده‌ها دیپلوئید (از تخم‌های بارور شده) هستند. ژنوم این‌گونه به‌طور کامل توالی‌یابی شده و به دلیل اندازه کوچک و سادگی نسبی، امکان مطالعه مکانیسم‌های ژنتیکی مانند تکامل، رفتار اجتماعی، و تعاملات پارازیت-میزبان را فراهم می‌کند. این زنبور در کنترل بیولوژیکی آفات، به‌ویژه مگس‌های مضر، نقش دارد. همچنین، به دلیل رفتارهای پیچیده مانند انتخاب میزبان و رقابت درون‌گونه‌ای، در مطالعات اکولوژیکی و رفتاری مورد توجه است. تحقیقات روی زنبور جواهر به درک بهتر تکامل رفتارهای اجتماعی، مقاومت به سموم و حتی مکانیسم‌های اپی‌ژنتیکی کمک کرده است.
