نگاهی به كاربردهای زیست شناسی تكاملی در زندگی روزمره

زیست شناسی تكاملی از آن دسته موضوع هایی است كه با مشكل تصویر ذهنی جامعه رو به رو است. برخی از آن احساس نگرانی می كنند و بنابراین با آن مخالف هستند. تعداد زیادی، حتی بسیاری از موافقان آن، زیست شناسی تكاملی را بی ارتباط با محیط بیرون از مراكز علمی می دانند. در برخی موارد، حتی تكامل را چیزی مرتبط با مرگ و نابودی و بدبختی و گاهی مسئول آن می دانند؛ برای مثال مقاومت به دارو در پزشكی و مقاومت به حشره كش ها در كشاورزی. بسیاری از مردم از كاربردهای زیست شناسی تكاملی آگاهی ندارند. این كه جامعه پذیرش خوبی نسبت به زیست شناسی تكاملی ندارد، ممكن است تا اندازه زیادی به این برداشت آنان مربوط باشد كه آن را با هر چیز دیگری بی ارتباط می دانند. با وجود این، تكامل، به ویژه تكامل در اندازه كوچك (microevolution) نقشی اساسی در بهبودهایی در زندگی ما طی قرن بیستم داشته است و انتظار می رود در فناوری زیست پزشكی در قرن آینده نیز اهمیت ویژه ای داشته باشد. برای مثال:
- تكامل در پس بسیاری از پیشرفت هایی قرار دارد كه در كشاورزی داشته ایم (برای مثال، انتخاب مصنوعی نژادهایی از گیاهان و جانوران).
- برخی از اصل های تكامل برای تولید بسیاری از بهترین واكسن ها به كار گرفته شده اند و مشكلاتی كه در به كارگیری برخی از این واكسن ها وجود دارد نیز به تكامل باز می گردد.
- پیشرفت های آتی در داروسازی و صنعت فناوری زیستی در به كارگیری زیست شناسی تكاملی نهفته است؛ هزینه زیادی به كار می رود تا تكامل در لوله آزمایش رخ دهد یا به نحوی از آن جلوگیری شود.
• واكسن: هدیه ای از تكامل
واكسن فلج اطفال نمونه قدیمی اما بسیار خوبی از هدیه های تكامل است.
- واكسنی كه در حال حاضر برای مصونیت در برابر فلج اطفال به صورت خوراكی در اختیار اطفال قرار می گیرد، ویروس زنده عامل این بیماری است.
- این ویروس زنده از لحاظ ژنتیكی 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 كند (به جز ۱ تا ۲ نفر در هر میلیون نفر كه واكسینه شده باشند).
- فرآیند ضعیف سازی ویروس در واقع نوعی فرآیند تكاملی است. «آلبرت سی بین» برای تهیه واكسن فلج اطفال سوش های بیماری زا و بسیار خطرناك این ویروس را بیرون از بدن انسان (در سلول های كلیه میمون كه سلول میزبان این ویروس محسوب نمی شود) پرورش داد و این روند را تا اندازه ای ادامه داد تا ویروس هایی به دست آمدند كه با شرایط بیرون از بدن انسان سازش یافته و توانایی ایجاد بیماری در انسان را از دست داده بودند.این روش تهیه واكسن هنوز هم برای تولید واكسن های زنده استفاده می شود. در این جا تكامل یاور خوبی است چون به ما كمك می كند واكسن بسازیم. اما نقش تكامل و زیست شناسی تكاملی در همین جا پایان نمی یابد و تكامل می تواند برای ما دردسر نیز بیافریند.
- وقتی فردی ویروس ضعیف شده را می خورد، ویروس سلول های معده و روده او را آلوده می كند و در آن جا تكثیر می شود.
- زاده های ویروسی، سلول های دیگر معده و روده را آلوده می كنند و زاده های دیگری را به وجود می آورند. این روند ادامه پیدا می كند و در نتیجه جمعیتی از ویروس ها در دستگاه گوارش به وجود می آید كه همچنان در حال رشد است.
- برخی از آن ویروس ها دچار جهش می شوند و برخی از آن جهش ها (یك یا دو جهش)، بیشتر توان بیماری زایی را به ویروس باز می گردانند.
- ویروس هایی كه بار دیگر توان بیماری زایی را به دست آورده اند، درون سلول های معده و روده بر ویروس های ضعیف شده برتری دارند و طی یك هفته یا اندكی بیشتر پس از خوردن ویروس، فرد به انبار ویروس های خطرناك و بیماری زا تبدیل می شود. بنابراین، روند تضعیف ویروس در دستگاه گوارش برعكس می شود. این ویروس ها به فردی كه واكسن را دریافت كرده است آسیب نمی رسانند، زیرا هنگامی كه آنها درون معده و روده تكثیر می شوند، دستگاه ایمنی برای مقابله با آنها و جلوگیری از ورودشان به دستگاه عصبی مركزی آماده می شود.
- با وجود این، اگر در جمعیتی از افرادی كه به ویروس فلج اطفال ایمن نشده اند تنها یك نفر واكسینه شود، ویروس هایی كه در بدن آن فرد توان بیماری زایی خود را باز می یابند، ممكن است افراد دیگر را آلوده كنند و در نتیجه باعث فراگیری بیماری در جمعیت شوند.
- خوشبختانه این مشكل، كه تكامل آن را به وجود می آورد، راه حل ساده ای دارد. برای جلوگیری از چنین رویدادی، تلاش می كنند جامعه را در یك زمان و به طور كامل واكسینه كنند.
- برای مثال، سازمان بهداشت جهانی (WHO) در یك روز ۹۰ میلیون نفر را در هندوستان و در سه روز كل جامعه چین را علیه فلج اطفال واكسینه كرد.
- بنابراین، شناخت ما از تكامل ویروس فلج اطفال به ما امكان داده است كه بدون ایجاد بیماری ناخواسته، از واكسن آن استفاده كنیم.
• خطر فهم نادرست از تكامل
تكامل مقاومت به دارو در باكتری ها یكی از ساده ترین نمونه های تكامل است كه در طبیعت رخ می دهد و بسیار به پزشكی مربوط است. به علاوه، نمونه ای از تكامل در اندازه كوچك است كه می تواند پیامدهای گسترده ای داشته باشد. با وجود این، بسیاری از مردم درك درستی از آن ندارند و حتی در گزارش های رسانه هایی مانند بی بی سی نیز نادرست بیان می شود. مقاومت به پادزی ها (آنتی بیوتیك ها) یك پدیده تكاملی است:
- استفاده بیش از اندازه و نادرست از پادزی ها باعث گزینش باكتری هایی می شود كه ژن مقاومت به پادزی دارند.
- با ادامه پیدا كردن استفاده از پادزی ها، تعداد باكتری های مقاوم به پادزی افزایش می یابند و به میزبان های دیگری منتقل می شوند.
- در نهایت، باكتری های مقاوم به پادزی جایگزین جمعیت باكتری های حساس به پادزی می شوند.
با وجود این، مفهوم مقاومت به پادزی به شكل نادرستی در ذهن عموم مردم جا افتاده است. اغلب افراد تصور می كنند 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 كنند مصرف نادرست پادزی باعث تغییراتی در فرد (و نه در باكتری) می شود. اما مقاومت به پادزی یك فرآیند تكاملی است و استفاده نادرست از پادزی ها تنها به فرد مصرف كننده آسیب نمی رساند، بلكه استفاده نادرست همسایه شما از پادزی ها می تواند به شما نیز آسیب برساند و حتی باعث مرگ شما شود. حتی استفاده نادرست از پادزی ها در یكی از كشورهای اروپایی می تواند سوش های مقاومی را برای یك كشور آمریكایی یا آسیایی به ارمغان آورد كه راهی نیز برای مقابله با آن وجود نداشته باشد. بنابراین، در این جا استفاده درست یك نفر مطرح نیست بلكه باید برای استفاده درست همگان از پادزی ها برنامه ریزی كرد.
• كاربردهای نوین زیست شناسی تكاملی
راه های بی شمار دیگری وجود دارد تا زیست شناسی تكاملی را برای برآورده كردن نیازهایمان به كار گیریم. از آن جمله:
- افزایش طول عمر داروها و مواد شیمیایی
- تهیه درخت های تكاملی
- ردیابی میكروب های آسیب رسان
- تولید صنعتی مواد بیوشیمیایی و مواد دیگر
• مقاومت به دارو و مواد شیمیایی در میكروب ها، گیاهان و جانوران
در نیمه دوم قرن بیستم كارخانه ها در تهیه تركیب هایی برای نابودی ویروس ها، باكتری ها، حشره هایی كه محصول كشاورزی را می خورند و علف های هرزی كه در كشتزار می رویند، موفقیت های چشمگیری داشته اند. حتی تعداد زیادی داروی شیمی درمانی داریم كه برای نابودی سلول های سرطانی به كار می روند. با وجود این، تلاش های ما برای نابودی این جانداران باعث شده است مقاومت علیه مواد شیمیایی كه برای نابودی آنها به كار می گیریم در آنها تكامل یابد. برای مثال:
- سوش هایی از ویروس ایدز با ۱۵ جهش مقاومت به دارو جداسازی شده است و تازه ترین داروها نیز در حال ناكارآمد شدن هستند.
- برخی سوش های باكتری ها به همه پادزی های موجود مقاوم شده اند.
- برای سل مقاوم به چند دارو، جراحی تنها راه درمان است، زیرا پادزی ها پاسخ خوبی ندارند و فقط ۵۰ درصد بیماران آلوده زنده می مانند.
- شیمی درمانی برای سرطان اغلب ناكارآمد است زیرا سلول های مقاوم به دارو طی دوره درمان به وجود می آیند.
- مقاومت به حشره كش ها و مقاومت به علف كش ها آن اندازه فراگیر شده است كه انگیزه برای ساختن حشره كش ها و علف كش های جدید ضعیف شده یا حتی به طور كامل وجود ندارد.زیست شناسی تكاملی راه هایی به ما پیشنهاد می كند تا عمر مفید داروها و مواد شیمیایی را افزایش دهیم. مقدار ماده شیمیایی كه به كار می رود، چه تركیبی از مواد شیمیایی استفاده می شود و زمانی كه آنها به كار گرفته می شوند، پرسش های مهمی هستند كه از نظر پیشگیری یا آهسته كردن روند تكامل مقاومت، باید ارزیابی شوند. برخی شركت ها تركیب هایی را می فروشند كه به دلیل ماندگاری فرآورده شان بهره مالی دارند و آنها هزینه كافی برای زیست شناسان تكاملی در نظر گرفته اند تا دستور استفاده دارو را خردمندانه تر تهیه كنند. در موارد دیگر، فشارهای اقتصادی و احساسی سیاست هایی را تحمیل می كنند كه روند تكامل مقاومت را سرعت می بخشند (برای مثال، تقاضای بیمار پزشك را وامی دارد پادزی تجویز كند؛ پزشك توجه كافی ندارد و پادزی ها در غذای جانوران وجود دارند.)
• درخت های تكاملی
اصل نظریه تكامل این است كه همه جانداران از راه نیاكان مشترك به هم مرتبط می شوند. امروزه زیست شناسی مولكولی این دیدگاه را در سطحی بیش از آنچه كه تا ۵۰ سال پیش تصور می شد، تقویت كرده است. البته در مقیاس زمانی كوچك نیز این حقیقت را می بینیم: هر چیز زنده ای از چیز دیگری پدید می آید كه هم زنده است و هم به آن شباهت دارد. یكی از پیشرفت های مهم در زیست شناسی تكاملی طی دو دهه اخیر روشی برای برآورد كردن الگوی نیاكانی میان جانداران است. این روش كه فیلوژنتیك (Phylogenetics) نام گرفته است، به ما امكان داده تاریخ جانداران را به نحو دقیق تری دنبال و آن را در قالب نمودارهای درخت مانند بازسازی كنیم. در این روش از داده های مولكولی استفاده می شود تا نیاكان مشترك جانداران را تا زمانی كه می خواهیم، برای مثال، بین باكتری ها و میتوكندری های سلول هایمان، دنبال بكنیم. این روش، علاوه بر افزایش درك ما از تاریخ تكاملی زندگی، كاربردهای مفید زیادی به خصوص در پیگیری بیماری های عفونی پیدا كرده است.
• ردیابی میكروب های آسیب رسان
در یك مطالعه همه گیرشناختی بیماری های عفونی، دانستن این كه فردی چگونه یا در كجا به عامل آن بیماری آلوده شده است، اهمیت زیادی دارد. این اطلاعات شاید مهم ترین دانستنی پایه ای باشند كه برای پیشگیری از گسترش بیشتر بیماری به ما كمك می كنند. بیش از یك دهه است كه همه گیرشناسان (epidemiologist) از توالی DNA ویروس ها برای تهیه درخت های فیلوژنتیك استفاده می كنند تا منبع عفونت را ردیابی كنند. برخی از نمونه های فعالیت آنان بسیار جالب است. در سال ۱۹۹۴ زنی ادعا كرد كه معشوقه اش (یك پزشك) برای انتقامجویی، به او خون آلوده به ویروس ایدز (HIV) تزریق كرده است. بنابر ادعای آن زن، پزشك متهم بارها به او ویتامین B تزریق كرده و در یكی از تزریق ها از مقداری خون آلوده استفاده كرده بود. هیچ شاهد و مدركی دراین باره وجود نداشت و پزشك نیز ادعا می كرد كه آن زن با افراد دیگری ارتباط داشته و از این راه آلوده شده است. در اینجا، درخت های فیلوژنی به كمك قاضی آمدند و ثابت كردند كه تكامل، در عرصه قضاوت نیز می تواند راهگشا باشد.
- ویروس ایدز به سرعت دچار جهش می شود، حتی در بدن یك فرد.
- اگر ویروس ایدز از بدن فردی به بدن فرد دیگری منتقل شود، تفاوت هایی بین ویروس فرد دهنده و فرد گیرنده وجود دارد.
- همین طور كه ویروس از فردی به فرد دیگر منتقل می شود، بیشتر تغییر می كند و طی زمان متفاوت تر می شود.
- بنابراین توالی ماده ژنتیك ویروس ایدز در دو فردی كه از دو منبع متفاوت به این ویروس آلوده شده اند، بسیار متفاوت است.
- بنابراین، اگر سخن زن حقیقت داشته باشد، ویروس بدن او با ویروس بدن فردی كه خون آلوده از او به زن تزریق شده است، شباهت زیادی خواهد داشت.
بررسی پرونده پزشكی زن نشان داد در آوریل ۱۹۹۴ كه او برای اهدای خون مراجعه كرده، 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 كرده است. مسئله ای كه پرونده را پیچیده كرد این بود كه پزشك متهم، خود به ویروس آلوده نبود. اما بررسی ها نشان دادند كه در مطب آن پزشك از دو بیمار، یكی آلوده به ویروس ایدز و دیگری آلوده به ویروس هپاتیت C، نمونه خون تهیه شده بود. بررسی فیلوژنی ویروس های به دست آمده از آن زن و فرد آلوده به HIV، ادعای زن را ثابت كرد. پزشك به قتل درجه دوم و در نتیجه ۵۰ سال زندان محكوم شد.
• تولید صنعتی مواد بیوشیمیایی و مواد دیگر
تكامل جهت دار، یعنی تكاملی كه به صورت ساختگی (مصنوعی) به راه افتاده است، بخشی از زبان تخصصی در فناوری زیستی شده است:
- آنزیم ها و دیگر پروتئین هایی كه به طور ساختگی تكامل یافته اند، به زودی بخشی از فناوری پزشكی می شوند و حتی در خانه داری به كمك ما می آیند.
- داروهایی با اساس پروتئینی خواهیم داشت كه برخلاف پروتئین های درون بدنمان، به آهستگی تخریب می شوند و بنابراین، لازم نیست مقدار زیادی از آنها دریافت كنیم.
- آنزیم ها طوری تكامل پیدا می كنند كه در پودرهای شست و شو بهتر كار كنند.
- مولكول هایی به وجود خواهند آمد كه با هاگ عامل های بیماری زایی مانند عامل سیاه زخم و دیگر عامل های خطرناك پیوند شوند.آری، دانشمندان با بهره گیری از آن چه كه داروین به ما آموخت، تكامل را در دستان خود گرفته اند و مولكول هایی می آفرینند كه ویژگی های مورد نیاز ما را بروز می دهند و حتی مولكول هایی ساخته اند كه تا ده سال پیش وجود آنها ناممكن به نظر می رسید.
• نتیجه
گام هایی كه زیست شناسی تكاملی در جهت بهبود زندگی انسان برداشته است برای مردم عادی روشن نیست. مردم باید بدانند كه در قرن جدید زیست شناسی تكاملی كاربردهایی در پزشكی، كشاورزی، فناوری زیستی و حتی حقوق و خانه داری دارد. به علاوه، آنان باید بدانند آگاهی پایه از اصل های تكامل برای مبارزه كارآمد با عامل های بیماری زا ضروری است.
منبع: Evolutionary Biology: Technology for the ۲۱st Century, By Jim J. Bull. actionbioscience.org
جیم جی. بال
ترجمه: حسن سالاری
روزنامه شرق