دانشمندان سرانجام دریافتند چرا دندان‌های عقل در بزرگسالی ظاهر می‌شوند | بیست مارکت

دانشمندان سرانجام دریافتند چرا دندان‌های عقل در بزرگسالی ظاهر می‌شوند | بیست مارکت

ما انسان‌ها ازنظر رشد و بزرگ‌شدن، به‌آرامی پیش می‌رویم و عجله‌ای نداریم. در میان کپی‌های بزرگ، فقط شامپانزه‌ها بین مراحل مهم رشد چندین سال فاصله می‌اندازند. حتی شامپانزه‌ها نیز هنگامی که ازنظر جنسی به بلوغ کامل می‌رسند، مجموعه کامل دندان‌های خود را دارند؛ اما چند دندان آخر انسان خردمند دیرتر درمی‌آید.

حل معمای این دندان‌های آسیاب بزرگ (دندان‌های مولر) دشوار است؛ در حالی‌که پیدایش آن‌ها نقش مهمی در دنبال‌کردن تغییرات تکاملی ما دارد. باوجوداین، پژوهشگرانی از دانشگاه آریزونا در ایالات متحده فکر می‌کنند ممکن است پاسخ این معما را پیدا کرده باشند. هالسکا گلواکا، نویسنده اصلی مقاله‌ی جدید می‌گوید:

یکی از اسرار توسعه زیستی انسان این است که چگونه تقارن دقیق میان پیدایش دندان‌های آسیاب بزرگ و تاریخچه زندگی اتفاق افتاده است و چگونه تنظیم می‌شود.

گلواکا با کمک گری شوارتز، دیرینه انسان‌شناسی از مؤسسه منشأ انسان دانشگاه آریزونا، نمونه‌هایی از جمجمه‌های مختلف را جمع‌آوری کرد تا روند رشد آن‌ها را مقایسه کند. پژوهشگران با تبدیل استخوان‌ها و دندان‌های ۲۱ گونه از نخستی‌ها به مدل‌های سه‌بعدی، متوجه شدند که زمان‌بندی پیدایش دندان‌های آسیاب بزرگ بالغ ما با تعادل ظریف بیومکانیک در جمجمه‌ی در حال رشد ما ارتباط نزدیکی دارد.

فرم‌های بالغ دندان‌هایی که از آن‌ها برای خُردکردن غذای خود استفاده می‌کنیم، معمولا در سه مرحله (درحدود ۶ و ۱۲ و ۱۸ سالگی) از لثه‌ی ما خارج می‌شوند. نخستی‌های دیگر زودتر دندان‌های مولر خود را به‌دست می‌آورند. با وجود شباهت‌های ما در مراحل رشد، شامپانزه‌ها دندان‌های مولر خود را در سنین ۳ و ۶ و ۱۲ سالگی به‌دست می‌آورند. آخرین دندان‌های مولر بالغ بابون زرد در ۷ سالگی ظاهر می‌شود و میمون رزوس همه را تا ۶ سالگی به‌دست می‌آورد.

یکی از عوامل مهم محدودکننده زمان پیدایش دندان‌ها فضا است. اگر فک به‌اندازه کافی برای مجموعه دندانی فرد بزرگسال بزرگ نباشد، تلاش برای جادادن آن‌ها فایده‌ای ندارد. انسان‌ها فضاهای دهانی زیادی ندارند و دندان‌های عقل نهفته مشکلی بزرگی برای گونه‌ی ما است؛ اما این امر توضیح نمی‌دهد که چرا آن‌ها در زندگی ما خیلی دیر ظاهر می‌شوند یا چرا دندان‌های آخری موجب مشکل می‌شوند.

فقط وجود فضایی خالی برای رشد یک دندان موجب نمی‌شود که ظاهرشدن دندان در آن محل اتفاق خوبی باشد. دندان‌ها به‌تنهایی عمل جویدن را انجام نمی‌دهند. عضلات و استخوان‌های زیادی وجود دارد که از دندان‌ها حمایت می‌کند و موجب فشار کافی می‌شوند که دندان‌ها بتوانند بدون خطر و ایمن غذاهای ما را پاره و خرد کنند. این ایمنی‌ای است که به‌نظر می‌رسد پشت‌صحنه‌ی رشد دندان دیررس ما باشد. شوارتز می‌گوید:

آرواره‌های ما احتمالا به‌علت تاریخچه زندگی کُند ما، به‌آهستگی رشد می‌کنند و در ترکیب با چهره‌های کوچک ما، تأخیری ایجاد می‌شود تا فضایی دردسترس قرار گیرد که ازنظر مکانیکی ایمن باشد و این امر به دیردرآمدن دندان‌های مولر ما منجر می‌شود.

مقاله‌های مرتبط:

دندان‌های مولر عقبی در نخستی‌ها درست درمقابل دو مفصل فکی گیجگاهی قرار دارند که باهم لولایی را بین آرواره و جمجمه تشکیل می‌دهند. این دو محور برخلاف مفاصل دیگر بدن باید در هماهنگی کامل با یکدیگر عمل کنند. آن‌ها باید نیروی مناسبی نیز به یک یا چند نقطه وارد کنند تا عمل جویدن و گازگرفتن ممکن شود.

در بیومکانیک، این فرایند سه‌نقطه‌ای طبق اصول «مدل سطح محدود» کنترل می‌شود. اگر دندانی در نقطه اشتباه قرار گیرد، تحمل نیروهای تولیدشده با این مدل می‌تواند برای آرواره‌ای که به‌اندازه کافی بزرگ نیست، دشوار و عواقب بدی داشته باشد.

برای گونه‌هایی که آرواره‌های بلندتری دارند، زمان لازم تا جمجمه ساختار مناسبی برای دندان‌های نزدیک لولا ایجاد کند، نسبتا کوتاه است. بااین‌حال، انسان‌ها با چهره‌های صاف‌تر این بخت را ندارند و باید منتظر بمانند تا جمجمه آن‌ها به‌حدی رشد کند که نیروی واردشده بر هر مجموعه از دندان‌های مولر بالغ به آرواره درحال رشد آسیبی وارد نکند.

مطالعه جدید نه‌تنها راه جدیدی برای ارزیابی مشکلات دندانی مانند دندان‌های مولر نهفته ارائه می‌دهد؛ بلکه می‌تواند به دیرینه‌شناسان کمک کند تا تکامل فک‌های منحصربه‌فرد ما را در میان اجداد ما بهتر درک کنند. گلواکا گفت:

این مطالعه لنز جدیدی قدرتمندی ارائه می‌دهد که ازطریق آن می‌توان پیوندهای میان رشد دندان و رشد جمجمه و پروفایل‌های بلوغ را بررسی کرد.

این پژوهش در مجله Science Advances منتشر شده است.

چرا دندان مورچه از دندان انسان تیزتر است؟ | بیست مارکت

چرا دندان مورچه از دندان انسان تیزتر است؟ | بیست مارکت

فکر می‌کنید وجه تشابه مورچه‌های برگ‌بُر با دانش‌آموزان دوره راهنمایی چیست؟ مطمئنا حدستان اشتباه است؛ چون جواب دهانی پر از دندان‌هایی با روکش فلزی است! بندپایان ریزجثه‌ای مانند مورچه‌ها و عنکبوت‌ها و عقرب‌ها مرتب در حال گازگرفتن یا نیش‌زدن یا سوراخ‌کردن مواد سفتی چون چوب و پوست هستند و این در‌مقایسه‌با ما انسان‌ها که حتی هنگام جویدن تکه‌ای گوشت گاو‌ (چه برسد به پوست درخت!) و با داشتن ماهیچه‌های قوی فک با مشکل روبه‌رو می‌شویم، توانایی حیرت‌انگیزی به‌نظر می‌رسد.

حالا مطالعه جدیدی دلیل توانایی گروهی از مورچه‌های برگ‌بُر در سوراخ‌کردن مواد سخت را نشان داده است. دانشمندان با استفاده از میکروسکوپ‌های قوی، موفق شده‌اند توری از اتم‌های فلزِ روی را کشف کنند که در ساختار بیولوژیکی آرواره مورچه‌ها تنیده شده و به آن‌ها استحکامی به‌اندازه چاقوهایی از جنس فولاد ضدزنگ بخشیده است. این فلز طوری در دهان مورچه‌های برگ‌بُر قرار گرفته که در لبه آرواره پایینی دندانه‌دارشان، نوکِ تیز و برنده‌ای ایجاد شده که تا مدت‌های طولانی تیز باقی خواهد ماند.

به‌گفته رابرت شوفیلد، بیوفیزی‌کدان دانشگاه اورگان و نویسنده اصلی این تحقیق، ماهیچه آرواره جانوران ریزجثه‌ای که فلز روی دارند، در‌مقایسه‌با ماهیچه فک انسان‌ها در حد میکروسکوپی است. اینکه چطور این ماهیچه‌های میکروسکوپی در بُرش مواد سخت بهتر از ماهیچه‌های فک انسان عمل می‌کنند، بدین‌دلیل است که مورچه‌ها و بندپایان دیگری که «دهان فلزی» دارند، از دندان‌های تیز خود برای واردکردن مقدار دقیق و حساب‌شده‌ای فشار برای بریدن برگ‌ها یا پوست استفاده می‌کنند.

فلز روی و منگنز در آرواره های حشرات

تحقیقات قبلی شوفیلد و تیمش به آن‌ها نشان داده بود که دندان‌های مورچه حاوی مقادیر زیادی فلز روی هستند؛ اما آن‌ها دقیقا نمی‌دانستند که این اتم‌های فلزی چگونه کنار‌هم قرار گرفته‌اند و به توانایی گازگرفتن مورچه‌ها کمک می‌کنند. این محققان به‌کمک میکروسکوپ مجهز به باریکه یونی متمرکز، ترکیب مواد سازنده دندان مورچه برگ‌بُر را قبل و بعد از گازگرفتن آن بررسی کردند و بدین‌ترتیب توانستند میزان سختی و برندگی و دوام این دندان‌ها را محاسبه کنند.

آرواره مورچه‌ها با فک ما انسان‌ها تفاوت زیادی دارد. به‌گفته کریستیان کلانک، بوم‌شناس دانشگاه پارانا در برزیل، «مورچه‌ها برای جویدن غذا زیاد از آرواره پایین خود استفاده نمی‌کنند»؛ اما از این آرواره تقریبا برای انجام هر کار دیگری، از دفاع گرفته تا لانه‌سازی، بهره می‌برند؛ به‌همین‌دلیل، باید آن را در بهترین حالت نگه دارند.

دندان‌های ما پوشیده از لایه‌ای غنی از کلسیم به نام مینای دندان است که درواقع سخت‌ترین ماده در بدن انسان محسوب می‌شود. اگر کمی مینای دندان را زیر میکروسکوپ الکترونی بگذارید، متوجه مولکول‌های کلسیم و فسفات می‌شوید که در اطراف اتم‌های کربن و هیدروژن و اکسیژن نوعی ماتریس کریستالی ضخیم را تشکیل داده‌اند. ما استحکام دندان‌های خود را مدیون این کریستال‌ها هستیم؛ اما به‌دلیل همین کریستال‌ها است که دندان‌های ما به برندگی دندان‌های مورچه نیستند.

آرواره مورچه برگ بر

مقاله‌های مرتبط:

درواقع، لبه داخلی دندانه‌دار آرواره پایینی مورچه پوشیده از ترکیبی یکدست از پروتئین و فلز روی است. این ترکیب که به‌عنوان «ماده بیولوژیکی عنصر سنگین» (HEB) شناخته می‌شود، از نظر استحکام با مینای دندان انسان رقابت می‌کند؛ اما در برندگی و خُردکردن بسیار بهتر از دندان انسان عمل می‌کند؛ زیرا کریستال‌های بلوکی کلسیم فسفات موجود در مینای دندان نمی‌توانند لبه‌های تیز ایجاد کنند.

به‌گفته شوفیلد، مثل این است که بخواهیم از سنگ‌ریزه چاقو بسازیم؛ اما فلز روی کریستال‌های بلوکی ایجاد نمی‌کند؛ بلکه در سراسر ترکیب پروتئینی به‌طور یکنواخت توزیع می‌شود. همین توزیع یکنواخت باعث تیزی لبه‌های دندان در مورچه‌ها می‌شود. البته فقط مورچه‌ها نیستند که دندان‌هایشان با پوشش فلزی تیز و برنده شده است. شوفیلد و تیمش دریافتند که کِرم‌های صدفی غول‌پیکر نیز آرواره‌هایی دارند که تا ۱۸ درصد فلز روی در آن‌ها وجود دارد.

به‌همین‌ترتیب، نیش عقرب و عنکبوت نیز از ترکیبی از اتم‌های روی و منگنز تشکیل شده که باعث می‌شود این نیش‌های بسیار ظریف و سوزنی‌شکل بدون شکستن، گوشت سخت را سوراخ کنند. شوفیلد و تیمش محاسبه کردند که اضافه‌شدن روی یا منگنز به اسکلت بیرونی بی‌مهرگان به‌طور میانگین ۶۰ درصد از نیروی موردنیاز برای سوراخ‌کردن مواد سخت را در آن‌ها کاهش می‌دهد. شوفیلد درپایان می‌افزاید: «از‌آنجا‌که فلز روی در‌برابر سایش مقاوم‌تر است، همین موضوع پس از مدتی تفاوت بزرگی ایجاد می‌کند.»

نتایج این تحقیقات در شماره ۱ سپتامبر مجله Scientific Reports منتشر شده است.

چرا حیوانات سمی براثر توکسین‌های خود نمی‌میرند؟ | بیست مارکت

چرا حیوانات سمی براثر توکسین‌های خود نمی‌میرند؟ | بیست مارکت

برخی از سمی‌ترین جانوران جهان قورباغه‌های کوچک رنگی به نام قورباغه‌های نیزه سمی (از خانواده Dendrobatidae) هستند که در جنگل‌های بارانی آمریکای مرکزی و جنوبی زندگی می‌کنند. تنها یک عدد قورباغه از این نوع سم کافی برای کشتن ۱۰ انسان بالغ را دارد.

جالب اینکه این قورباغه‌ها سمی به‌دنیا نمی‌آیند؛ بلکه مواد شیمیایی سمی خود را با خوردن حشرات و بندپایان دیگر به‌دست می‌آورند. حال، این سؤال مطرح می‌شود: اگر این سم بسیار کشنده است، چرا خود قورباغه‌ها هنگام خوردن آن نمی‌میرند؟

فیال عبدالرحمن علی، پژوهشگر مؤسسه تحقیقات قلب و عروق دانشگاه کالیفرنیا در سان‌فرانسیسکو و نویسنده مطالعه جدیدی است که در مجله Journal of General Physiology منتشر شده. وی این پدیده را بررسی کرده و گفته است توانایی قورباغه‌ها برای اجتناب از مسمومیت ناشی از خود، مدت‌ها دانشمندان را سردرگم کرده است.

پژوهشگران در مقاله جدید، قورباغه‌های سمی را در جنس Phyllobates مطالعه کردند که از سمی به نام باتراكوتوكسین استفاده می‌کنند. این سم با ایجاد اختلال در انتقال یون‌های سدیم به داخل و خارج از سلول‌ها عمل می‌کند که یکی از مهم‌ترین عملکردهای فیزیولوژیکی در بدن است.

وقتی مغز سیگنال‌هایی به بدن می‌فرستد، آن‌ها را ازطریق جریان الکتریکی ارسال می‌کند. این سیگنال‌ها دستورهایی به بخش‌های بدن می‌برند. برای مثال، به اندام‌های حرکتی برای اینکه به آن‌ها بگویند، حرکت کنند و به عضلات برای اینکه منقبض شوند و به قلب برای اینکه خون را پمپ کند. ارسال این سیگنال‌های الکتریکی با جریانی از یون‌های دارای بار مثبت مانند سدیم به سلول‌های دارای بار منفی امکان‌پذیر می‌شود. جریان یون‌ها به داخل و خارج از سلول ازطریق دریچه‌های پروتئینی به نام «کانال‌های یونی» انجام می‌شود. وقتی کانال‌های یونی مختل می‌شوند، سیگنال‌های الکتریکی نمی‌توانند در بدن جریان پیدا کنند.

مقاله‌های مرتبط:

باتراكوتوكسین موجب بازماندن کانال‌های یونی می‌شود و به جریان آزادانه یون‌های دارای بار مثبت به داخل سلول‌ها منجر می‌شود. اگر کانال‌ها نتوانند بسته شوند، کل سیستم توانایی انتقال سیگنال‌های الکتریکی را از دست می‌دهد. عبدالرحمن علی گفت: «نیاز داریم که این کانال‌ها باز و بسته شوند تا الکتریسیته‌ای تولید شود و عضلات یا قلب ما را کنترل کند. اگر کانال‌ها همیشه باز باشند، فعالیت قلبی و فعالیت عصبی یا فعالیت انقباضی وجود نخواهد داشت.»

اساسا اگر یکی از قورباغه‌های سمی را بخورید، تقریبا بلافاصله می‌میرید؛ بنابراین، چگونه این قورباغه‌ها و حیوانات سمی دیگر از دچارشدن به سرنوشت مشابهی اجتناب می‌کنند؟ به‌گفته عبدالرحمن علی، حیوانات سمی از سه راهبرد استفاده می‌کنند تا دچار مسمومیت ناشی از خود نشوند.

رایج‌ترین رویکرد شامل نوعی جهش ژنتیکی است که شکل پروتئین هدف زهر (دریچه سدیم‌یون) را اندکی تغییر می‌دهد؛ به‌طوری که زهر دیگر نمی‌تواند به آن پروتئین متصل شود. برای مثال، گونه‌ای از قورباغه سمی به نام قورباغه زهرآگین آبی حامل سمی به نام اپیباتیدین است که از ماده سیگنال‌دهنده مفیدی به نام استیل کولین تقلید می‌کند. طبق مطالعه‌ای که سال ۲۰۱۷ در مجله Science منتشر شد، این قورباغه‌ها سازگاری‌هایی در گیرنده‌های استیل کولین حاصل کرده‌اند که اندکی شکل این گیرنده‌ها را تغییر داده و آن‌ها را برابر سم مقاوم کرده است.

راهبرد دیگری که شکارچیان جانوران سمی استفاده می‌کنند، این است که توکسین طعمه را کاملا دور می‌اندازند. استراتژی سوم جذب توکسین است. حیوان سیستم‌هایی را ایجاد می‌کند تا توکسین را جداسازی و جذب کند تا مطمئن شود برای او مشکل‌ساز نمی‌شود.

قورباغه سمی هارلکین /  harlequin poison dart frog

قورباغه سمی هارلکین (Oophaga histrionica). قورباغه‌های نیزه سمی از سمی‌ترین حیوانات زمین هستند؛ بنابراین، ترفندهایی برای پیشگیری از مسمومیت خودشان ایجاد کرده‌اند.

در مطالعه جدید، پژوهشگران کانال‌های سدیم‌یون قورباغه‌های جنس Phyllobates را کلون کردند و آن‌ها را درمعرض توکسین قرار دارند. آن‌ها از دیدن این صحنه شگفت‌زده شدند که کانال‌های سدیم‌یون دربرابر سم مقاوم نیستند. به‌گفته عبدالرحمن علی، در این وضعیت حیوانات باید می‌مردند. ازآنجاکه کانال‌های سدیم‌بون قورباغه‌ها دربرابر اثرهای مخرب توکسین مقاوم نبود، قورباغه‌ها نباید در شرایطی زنده می‌ماندند که توکسین درون بدن آن‌ها قرار دارد.

براساس این نتایج، عبدالرحمن علی حدس زد این قورباغه‌ها احتمالا با استفاده از «اسنفج پروتئینی» از راهبرد جداسازی استفاده می‌کنند تا از مسمومیت خود پیشگیری کنند. این قورباغه‌ها احتمالا پروتئینی تولید می‌کنند که می‌تواند سم را جذب کند و آن را در خود نگه دارد؛ یعنی سم هرگز این فرصت را پیدا نمی‌کند که به کانال‌های پروتئینی آسیبی برساند.

به‌گفته پژوهشگران، گاوغوک آمریکایی (Rana catesbeiana) نیز از چنین روشی استفاده می‌کند. این قورباغه‌ها پروتئینی به نام ساکسیفیلین تولید می‌کنند که می‌تواند به توکسین ساکسیتوکسین متصل شود و آن را مهار کند. ساکسیفیلین درحال‌حاضر به‌عنوان راه بالقوه‌ای برای خنثی‌کردن توکسین‌هایی مطالعه می‌شود که جلبک‌ها وارد منابع آب ما می‌کنند.