اگر صدف می‌تواند تا ۵۰۰ سال عمر کند، چرا ما نمی‌توانیم؟

یک روز، به‌طور غیرمنتظره تماسی از دو زیست‌شناس در ولز دریافت کردم. آن‌طور که به یاد می‌آورم، آن‌ها چیزی شبیه این گفتند که: «سلام دکتر آستاد. ما زیست‌شناسانی هستیم که صدف‌ها را مطالعه می‌کنیم که عمر بسیار طولانی دارند. آیا می‌خواهید با ما همکاری کنید تا بررسی کنیم که آن‌ها چگونه این کار را انجام می‌دهند؟»

به‌عنوان زیست‌شناس پیری که شاید بیشتر به این خاطر شناخته شده باشد که شرط بسته‌ام که اولین انسان ۱۵۰ ساله زنده است، تعداد زیادی تماس و ایمیل سرکاری از افرادی دریافت می‌کنم که می‌خواهند برای همیشه زنده بمانند، یا اینکه می‌دانند چگونه تا ابد زنده بمانند و فقط می‌خواهند که من به آن‌ها در انتشار این موضوع کمک کنم. به یاد می‌آورم که این‌طور پاسخ دادم: «شاید. منظور شما از زمان طولانی چیست؟»

«قرن‌ها.»

گوشی تلفن را از گوشم دور کردم تا صدا را واضح‌تر بشنوم. این تماسی از آن سوی اقیانوس اطلس بود. شاید من اشتباه شنیده بودم: «ببخشید، من فکر کردم که گفتید قرن‌ها.»

«بله، درست است، قرن‌ها.»

چند ماه بعد، دو پژوهشگر از دانشگاه بنگور به دفتر من آمدند و درباره‌ی طول عمر دو کفه‌ای‌ها (حیواناتی با پوسته‌های لولادار شامل صدف دو کفه‌ای، صدف چروک، صدف اسکالوپ و صدف سیاه) با من صحبت کردند. این پژوهشگران می‌توانستند سن دقیق هر صدف را (برحسب سال) تعیین کنند. آن‌ها این روش را اسکلروکرونولوژی می‌نامیدند که به‌معنای تعیین سن موجودات با استفاده از بخش‌های سخت آن‌ها است. واژه سکلروکرونولوژی با تقلید از واژه درخت‌گاه‌شماری یا دندروکرونولوژی، یعنی تعیین سن درختان با استفاده از حلقه‌های رشد سالانه آن‌ها ساخته شده است.

گونه‌های دو کفه‌ای که در آب‌هایی با تغییرات فصلی دما و/یا دسترسی به غذا زندگی می‌کنند، حلقه‌های رشد سالانه‌ای در پوسته خود ایجاد می‌کنند. اگر زندگی دو صدف با هم همپوشانی داشته باشد، دانشمندان می‌توانند مجموعه‌های حلقه‌های عریض‌تر و باریک‌تر آن‌ها را با هم مطابقت دهند و زمان تولد و مرگ آن‌ها را مشخص کنند.

دانشمندان با مقایسه‌ی مجموعه‌هایی از حلقه‌های پوسته‌های قدیمی‌تر متوالی توانسته‌اند پوسته‌های صدف‌هایی را که در حدود ۶۴۹ پس از میلاد متولد شده بودند، شناسایی کنند. اسکلروکرونولوژی به دانشمندان کمک کرد تا مینگ، قدیمی‌ترین صدف، را شناسایی کنند.

مینگ یک صدف ایسلندی (Arctica islandica) بود. صدف‌های ایسلندی در ایوان‌های خشکی دو سمت شمال اقیانوس اطلس زندگی می‌کنند. به‌نظر می‌رسد که آن‌ها آب خنک را ترجیح می‌دهند و در مناطقی زندگی می‌کنند که دمای آب به‌ندرت از ۱۶ درجه سانتیگراد بالاتر می‌رود. این صدف معروف پس از کشف عمر طولانی‌اش از سوی مطبوعات «صدف مینگ» نام‌گذاری شد؛ زیرا در زمان سلسله مینگ چین در سال ۱۴۹۹ به دنیا آمده بود. در زمان تولد او لئوناردو داوینچی به‌تازگی نقاشی شام آخر را تمام کرده بود. کریستف کلمب در میانه سومین سفر خود به دنیای جدید بود. کوپرنیک هنوز تئوری خود را مبنی‌بر اینکه زمین دور خورشید می‌چرخد، منتشر نکرده بود. شکسپیر ۶۵ سال بعد به دنیا آمد.

مینگ مانند همه صدف‌ها، اولین بخش جوانی خود را بدون هدف و سرگردان در ستون آب سپری کرد تا اینکه در حدود ۸۰ متری سطح آب در ساحل شمالی ایسلند مستقر شد. این صدف در دوران باقی‌مانده از عصر یخبندان کوچک زندگی کرد و در دوران تغییر ایسلند از کشوری روستایی و کم‌جمعیت به یکی از پیشرفته‌ترین جوامع در جهان که چند قرن طول کشید، نیز زنده بود.

مینگ در دوران ظهور علم نیز همچنان زنده بود تا اینکه سرانجام علم او را در سال ۲۰۰۶ کشت تا هرگونه اطلاعات تاریخی را که می‌توانست ارائه دهد، استخراج کند: اسکلروکرونولوژی دوکفه‌ای‌ها مستلزم بررسی مقطع عرضی از پوسته آن است که پس از حذف موجود ساکن درون پوسته میسر است. بقایای مینگ در دریا دفن شد. به‌این‌ترتیب، مینگ هنگامی که برای خدمت به علم قربانی شد، ۵۰۷ ساله بود.

به‌عنوان یک گروه، دوکفه‌ای‌ها ممکن است جانورانی با بیشترین طول عمر باشند. نشان داده شده است که گونه‌های متعددی از دوکفه‌ای‌ها برای یک قرن یا بیشتر زندگی می‌کنند، مانند صدف خرطوم‌دار (۱۶۸ سال)، صدف مروارید آب شیرین (۱۹۰ سال) و صدف چروک آب‌های عمیق که اخیراً کشف شده است (این صدف حلقه‌های رشد ندارد، اما به‌کمک تاریخ‌گذاری رادیوکربن مشخص شده است که بیش از ۵۰۰ سال عمر دارد).

این که چرا این موجودات تا این حد عمر می‌کنند، معمای بزرگی است. توضیحات دراین‌باره فراوان است و هر احتمال سرنخی وسوسه‌انگیز درمورد اساس عمر طولانی ارائه می‌دهد.

درک بهتر از علت عمر طولانی دوکفه‌ای‌ها می‌تواند به آشکار کردن این مسئله کمک کند که چگونه حیوانات مختلف از دوکفه‌ای‌ها گرفته تا کرم‌های لوله‌ای و کوسه‌ها می‌توانند پیری را به تعویق بیندازند. اسرار آن‌ها ممکن است به دانشمندان کمک کند تا راهی برای افزایش طول عمر انسان پیدا کنند.

عمر طولانی دوکفه‌ای‌ها می‌تواند ناشی از ویژگی‌های طبیعی خاص آن‌ها، محیطی که در آن زندگی می‌کنند یا نحوه رفتار و عملکرد آن‌ها یا به احتمال زیاد ترکیبی از هر سه عامل باشد.

مانند بسیاری از حیوانات با عمر طولانی، دوکفه‌ای‌ها خون‌سرد هستند و به‌جای اینکه گرما تولید کنند، آن را از محیط پیرامون خود می‌گیرند. موجودات خونسرد خصوصاً آن‌هایی که در محیط‌های سرد زندگی می‌کنند، ممکن است از دو فرایند که می‌تواند در پیری نقش داشته باشد، اجتناب کنند: برخی از زیست‌شناسان بر این باورند که بدن آن‌ها، ازآنجایی که خود را گرم نمی‌کند، رادیکال‌های آزاد حاوی اکسیژن کمتری تولید می‌کند. رادیکال‌های آزاد مولکول‌های سمی هستند که محصول جانبی فعالیت میتوکندری هستند و مدت‌ها است به‌عنوان یکی از علل پیری پیشنهاد شده‌اند. علاوه‌بر‌این، نرخ تاخوردگی‌های اشتباه پروتئین‌ها در آن‌ها پایین‌تر است. (پروتئین‌ها برای عملکرد مناسب باید به شکل خاصی تابخورند و از دست دادن تاخوردگی‌های دقیق در طول زمان می‌تواند در پیری نقش داشته باشد).

دو کفه‌ای‌ها همچنین نرخ متابولیک پایینی دارند که احتمالاً مزیت‌های مشابهی را به همراه دارد؛ بیشتر دو کفه‌ای‌ها در بزرگسالی حالت ساکن دارند و به‌ندرت حرکت می‌کنند.

صدف ایسلندی در میان دو کفه‌ای‌ها نرخ متابولیک پایینی دارد و یکی از گونه‌های با کندترین سرعت رشد است که تاکنون شناسایی شده است. این گونه همچنین درمیان دوکفه‌ای‌ها ازنظر توانایی زنده‌ماندن در سطوح پایین اکسیژن استثنائی به‌نظر می‌رسد: در آزمایش‌های پژوهشگران، صدف ایسلندی به‌مدت دو ماه در غیاب کامل اکسیژن زنده ماند. صدف این کار را به کمک توانایی کاهش شدید متابولیسم خود (شاید به حد یک درصد حالت عادی) انجام می‌دهد.

علاوه‌بر‌این، زندگی در سرما که همچنین می‌تواند نرخ تولید رادیکال اکسیژن و تاخوردگی‌های اشتباه پروتئین را کاهش دهد، ممکن است در عمر طولانی برخی صدف‌ها نقش داشته باشد. برای مثال، مینگ در آبی با دمای ۶ تا ۷ درجه سانتیگراد زندگی می‌کرد.

به‌نظر می‌رسد صدف ایسلندی در آب‌های گرم‌تر طول عمر کوتاه‌تری داشته باشد. برای مثال، در دریای بالتیک، به‌نظر نمی‌رسد که آن‌ها بیش از ۵۰ سال عمر کنند. اگرچه مشخص نیست که آیا این امر ناشی از دمای گرم‌تر بالتیک، شوری کم و متغیر ناشی از رودخانه‌هایی که به این دریا می‌ریزند، آلودگی ناشی از رودخانه‌ها یا عمق کم دریا (عمق متوسط ۵۵ متر) یا کل بی‌ثباتی‌های محیطی است که در بر دارد.

البته، ممکن است صدف‌هایی در اطراف مجاری آب سرد یا در کف دریای جنوبگان وجود داشته باشد که صدف مینگ نسبت‌به آن‌ها جوان باشد.

یکی دیگر از مزیت‌های احتمالی: زندگی بسیاری از دوکفه‌ای‌ها بی‌خطر است. اقیانوس، وقتی که از لایه‌های سطحی عبور کنید، مکان نسبتاً پایداری برای زندگی است. هرچه به عمق بیشتری بروید، بیشتر دربرابر تغییرات محیطی ناگهانی محافظت می‌شوید.

علاوه‌بر‌این، هرچه دوکفه‌ای به مدت طولانی‌تری زندگی کند، پوسته آن ضخیم‌تر و بزرگ‌تر می‌شود. بنابراین، به‌تدریج از شمار شکارچیانی که می‌توانند به آن نفوذ کنند، کاسته می‌شود. بسیاری از دوکفه‌ای‌ها به‌طور جزئی یا کامل در گل کف اقیانوس زندگی می‌کنند و این امر موجب ایمن‌تر شدن شرایط آن‌ها می‌شود.

اگر این عوامل در طول عمر استثنائی برخی از گونه‌های دوکفه‌ای نقش داشته باشند، می‌توان انتظار داشت که حالت برعکس آن‌ها حتی در دوکفه‌ای‌ها موجب کاهش طول عمر شود. برای مثال، اگر گونه‌هایی از دوکفه‌ای‌ها که در آب‌های سطحی گرم، کم‌عمق و ناپایدارتر زندگی می‌کردند و مثلا با شناکردن (که همچنین به نرخ متابولیک بالاتری نیاز دارد) درمعرض خطر قرار می‌گرفتند، می‌توانستید انتظار داشته باشید که طول عمر آن‌ها کوتاه باشد. بله، چنین صدفی وجود دارد. گوش‌ماهی خلیج در آب‌های گرم، کم‌عمق زندگی می‌کند و درواقع، فقط یکی دو سال عمر می‌کند.

حُسن بیشتر دوکفه‌ای‌های این است که می‌توان آن‌ها را به آزمایشگاه آورد و مطالعه کرد. من و همکارانم مدتی است این کار را انجام می‌دهیم. اگرچه هنوز نمی‌توانیم ادعا کنیم که راز طول عمر ۵۰۰ ساله آن‌ها را کشف کرده‌ایم، دو تئوری موجود را بررسی کرده‌ایم.

اول اینکه طول عمر با توانایی مقاومت دربرابر آسیب ناشی از رادیکال‌های اکسیژن مرتبط است. ما این موضوع را در آزمایش‌های خود نشان دادیم. یک تابستان، من و دانشجویانم در آزمایشگاه زیست‌شناسی دریا در ماساچوست، بررسی کردیم که گونه‌های مختلف دوکفه‌ای‌ها تا چه حد می‌توانند استرس رادیکال اکسیژن را تحمل کنند.

قایق‌های ماهیگیری نزدیک به ما مقداری صدف ایسلندی فروختند. ما همچنین تعدادی صدف خوراکی خریدیم که می‌توانند تا یک قرن عمر کند. چند گونه صدف دیگر که تا حدود ۲۰ سال عمر می‌کنند و تعدادی گوش‌ماهی خلیج نیز گرفتیم. سپس مواد شیمیایی تولیدکننده رادیکال اکسیژن به مخازن آن‌ها اضافه کردیم و آن‌چه را که اتفاق افتاد، ثبت کردیم.

نتایج قابل‌توجه بود. همه گوش‌ماهی‌های خلیج که طول عمر کوتاهی دارند، در عرض دو روز مردند. صدف‌های ۲۰ ساله در روز پنجم مردند. یازده روز طول کشید تا صدف‌های خوراکی ۱۰۰ ساله بمیرند. با‌این‌حال به‌نظر نمی‌‌رسید صدف‌های ایسلندی تحت‌تأثیر قرار گرفته باشند. پس از دو هفته آن‌ها هنوز زنده بودند و سرحال به‌نظر می‌رسیدند.

ما چند ماده شیمیایی دیگر را امتحان کردیم که به روش‌های مختلف به سلول‌ها آسیب می‌زنند و نتایج مشابهی را مشاهده کردیم. این مشاهدات آن‌چه را که در حیوانات آزمایشگاهی استاندارد مشاهده شده بود، تأیید کرد: حیواناتی که عمر طولانی‌تری داشتند، می‌توانستند حملات بیشتری را ازسوی محصولات جانبی مخربی مانند رادیکال‌های اکسیژن تحمل کنند. درک ماهیت این تحمل بالا ممکن است بتواند به دانش ما درمورد چگونگی زندگی طولانی‌تر و سالم را بیفزاید.

دومین موضوعی که درمورد صدف ایسلندی کشف کردیم، جالب بود. اگرچه صدف‌ها فاقد عضوی هستند که بتوان آن را مغز نامید، صدف ایسلندی ممکن است کلید درمانی برای بیماری آلزایمر را داشته باشد. ما می‌خواستیم بررسی کنیم که آیا صدف ایسلندی از محافظت بهتری دربرابر تاخوردگی اشتباه پروتئین برخوردار است. زمانی که پروتئین‌ها تاخوردگی اشتباهی پیدا می‌کنند، نه‌تنها دیگر عملکرد سلولی طبیعی خود را از دست می‌دهند، بلکه حالت چسبناک پیدا می‌کنند و به هم می‌چسبند. پلاک‌ها و کلاف‌ها در مغز که نشانه‌های بیماری آلزایمر هستند، توده‌هایی از پروتئین‌های چسبنده هستند که تاخوردگی‌های اشتباهی دارند.

ما چندین روش شناخته‌شده برای ایجاد تاخوردگی اشتباه در پروتئین‌ها را روی عصاره‌های سلولی مایع حاصل از گونه‌های صدفی که فقط تا هفت سال زندگی می‌کردند، گونه‌هایی که تا ۳۰ سال زندگی می‌کردند و گونه‌ی دیگری که ۱۰۰ سال زندگی می‌کرد و همچنین صدف ایسلندی به کار بردیم که ۵۰۰ سال عمر می‌کند. صرف‌نظر از روش‌هایی که آزمایش کردیم، پروتئین‌های صدف ایسلندی تا حد زیادی دربرابر تلاش‌های ما برای ایجاد تاخوردگی اشتباه مقاومت می‌کرد. ماشین‌آلات محافظت از پروتئین صدف ایسلندی بهتر از تمام صدف‌های دیگر عمل می‌کرد.

درواقع، عصاره صدف ایسلندی بهتر از عصاره مشابه استخراج‌شده از بافت انسانی، با هر پروتئینی که امتحان کردیم، عمل کرد. ما حتی آن را روی آمیلوئید بتا یعنی پروتئینی که پلاک‌های آلزایمر را می‌سازد، امتحان کردیم.

در این مرحله، هیجان‌زده بودیم. اگر می‌توانستیم مولکول یا مولکول‌های موجود در ماشین‌آلات نگهدارنده پروتئین صدف ایسلندی را شناسایی کنیم که مسئول این مقاومت عالی دربرابر تاخوردگی اشتباه هستند، ممکن بود بتوانیم از آن دانش برای ایجاد درمان‌هایی برای بیماری‌هایی مانند آلزایمر و بیماری پارکینسون استفاده کنیم که در آن‌ها پروتئین‌های دچار تاخوردگی اشتباه می‌شوند.

طی هفت سال گذشته، ما در جستجوی راز توانایی صدف ایسلندی برای پیشگیری از تاخوردگی اشتباه پروتئین بوده‌ایم. ما در کشف تعدادی از عواملی که در این امر نقشی ندارند، بسیار موفق بوده‌ایم. افسوس که تا به امروز نتوانسته‌ایم آن عامل را شناسایی کنیم. با‌این‌حال، کار روی این مسئله را ادامه می‌دهیم. علم در بیشتر موارد به سختی و دیر به دست می‌آید.

این مقاله از کتاب در دست‌چاپ «باغ‌وحش متوشالح: آنچه طبیعت می‌تواند درباره زندگی طولانی‌تر و سالم‌تر به ما بیاموزد» گرفته شده است که نویسنده آن استیون اِن. آستاد است.