خون همه جانوران قرمز نیست؛ راز خون آبی، سبز، بنفش و سفید در طبیعت چیست؟
زومیت: خون در بدن انسان و اکثر مهره داران قرمز است. اما در دنیای حیوانات، موجوداتی وجود دارند که خون آنها آبی، سبز، بنفش یا حتی سفید است.
وقتی انگشت خود را می بریم یا خونریزی بینی می کنیم، همیشه مایعی با طیف رنگ قرمز می بینیم. این تجربه روزمره باعث شده است فکر کنیم که خون همه حیوانات نیز قرمز است. اما طبیعت استثناهای شگفت انگیزی دارد. از اختاپوس‌های خون‌آبی گرفته تا مارمولک‌های خون سبز گرفته تا ماهی‌هایی که بدون حتی یک گلبول قرمز زندگی می‌کنند، رنگ خون در دنیای حیوانات بسیار متنوع‌تر از آن چیزی است که ما فکر می‌کنیم.
به گفته مجله اسمیتسونیان، رنگ خون حیوانات تا حد زیادی به مولکول هایی بستگی دارد که اکسیژن را در بدن حمل می کنند. در حالی که انسان ها و بیشتر مهره داران از هموگلوبین برای این کار استفاده می کنند، گروهی از بی مهرگان به پروتئین های دیگری وابسته هستند که رنگ های کاملاً متفاوتی به خون می دهند.
رنگ قرمز خون انسان از هموگلوبین می آید. پروتئینی غنی از آهن که در گلبول های قرمز وجود دارد و وظیفه اصلی آن انتقال اکسیژن است. هنگامی که اکسیژن به آهن موجود در هموگلوبین متصل می شود، خون قرمز روشن می شود. با کاهش میزان اکسیژن، رنگ خون نیز تیره شده و به رنگ قرمز مایل به قهوه ای تغییر می کند.
اما همه حیوانات برای انتقال اکسیژن به هموگلوبین وابسته نیستند. اختاپوس ها، ماهی مرکب و سخت پوستان مانند خرچنگ و میگو از پروتئینی به نام هموسیانین استفاده می کنند. تفاوت مهم بین هموسیانین و هموگلوبین عنصر فلزی موجود در آنهاست. هموگلوبین آهن دارد، اما هموسیانین حاوی مس است و با اتصال اکسیژن به آن آبی می شود.
وجود پروتئین های حاوی مس یا آهن مانند هموسیانین و همریترین باعث می شود خون برخی از حیوانات دریایی آبی یا بنفش باشد.
هموسیانین به اندازه هموگلوبین در اتصال به اکسیژن کارآمد نیست. با این حال، در محیط های بسیار سرد، مانند اقیانوس های عمیق، عملکرد خوبی دارد. تحقیقات همچنین نشان می دهد که این پروتئین ممکن است در دفاع ایمنی بدن و بهبود زخم ها نقش داشته باشد.
در برخی دیگر از بی مهرگان دریایی، خون حتی به رنگ بنفش در می آید. بازوپایان صدف مانند و کرم های بادام زمینی ساکن کف دریا از پروتئینی به نام همریترین برای انتقال اکسیژن استفاده می کنند. برخلاف هموسیانین، این پروتئین حاوی آهن است، اما ساختار متفاوت آن، آن را در حالت اکسیژن دار بنفش می کند.
شاید ایده خون سبز بیشتر یادآور بیگانگان در فیلم های علمی تخیلی باشد. اما چندین گونه از مارمولک ها در گینه نو در واقع چنین خونی دارند. نکته عجیب این است که این مارمولک ها درست مانند انسان ها از هموگلوبین برای انتقال اکسیژن استفاده می کنند. تفاوت اصلی در نحوه تجزیه هموگلوبین و دفع مواد حاصل است.
وقتی هموگلوبین تجزیه می شود، ماده سبز رنگی به نام بیلی روبین تولید می کند. این ماده در بدن انسان نیز وجود دارد و افزایش غلظت آن می تواند در تغییر رنگ بافت ها نقش داشته باشد. به عنوان مثال بیلیوردین یکی از ترکیباتی است که در تغییر رنگ کبودی ها دیده می شود.
در بدن اکثر مهره داران، بیلیوردین به سرعت به ترکیبات دیگر تبدیل می شود. اما مارمولک های گینه نو مقادیر بسیار زیادی از آن را در خون و بافت های خود جمع می کنند. غلظت این رنگدانه در بدن آنها به حدی افزایش می یابد که رنگ سبز آن بر رنگ قرمز هموگلوبین غلبه می کند. در نتیجه خون حیوان به جای قرمز به رنگ سبز دیده می شود.
تجمع مقدار زیادی رنگدانه بیلیوردین در بدن برخی از مارمولک های گینه نو باعث می شود خون آنها به جای قرمز، سبز به نظر برسد.
البته رنگ سبز خون همیشه ناشی از بیلی روبین نیست. برخی از گونه های عروس دریایی، جانوران نرم تن که در اقیانوس ها زندگی می کنند، دارای خون زرد مایل به سبز هستند. دانشمندان هنوز در مورد علت دقیق این رنگ به توافق نرسیده اند.
یکی از توضیحات احتمالی تجمع وانادیوم در خون این حیوانات است. فرضیه دیگری نیز به رژیم غذایی آنها اشاره دارد. خارپشت دریایی از فیتوپلانکتون تغذیه می کند و هنگامی که این غذا را متابولیزه می کند، رنگدانه هایی به نام کاروتنوئید تولید می شود که می تواند زرد، نارنجی یا قرمز باشد.
شاید عجیب ترین نمونه خون در دنیای مهره داران متعلق به گروهی از ماهیان باشد که در آب های یخ زده قطب جنوب زندگی می کنند. ماهی های یخی از خانواده Channichthyidae تنها مهره داران شناخته شده ای هستند که نه گلبول قرمز دارند و نه هموگلوبین تولید می کنند. خون این ماهی ها به جای قرمز بودن تقریباً بی رنگ و نیمه شفاف است و ظاهری سفید و شیری دارد. جان پاستلتویت، ژنتیک دان رشدی در دانشگاه اورگان، ظاهر این ماهی ها را موجوداتی شبح مانند توصیف می کند.
اما یک سوال مهمتر وجود دارد: چگونه یک حیوان می تواند بدون گلبول های قرمز و هموگلوبین زنده بماند؟
زندگی در آب های قطب جنوب چالش دیگری دارد. به دلیل وجود نمک، آب دریا می تواند در دمای زیر صفر درجه سانتیگراد مایع باقی بماند. ماهی یخی برای جلوگیری از یخ زدن مایعات بدن خود، پروتئین های ضد یخ تولید می کند که از رشد کریستال های یخ و آسیب بافت جلوگیری می کند.
با همه این سازگاری ها، دانشمندان هنوز نمی دانند چرا اجداد ماهی های یخی توانایی تولید هموگلوبین را در طول تکامل از دست داده اند.
در یک مطالعه ژنتیکی، Pastellthwaite و همکارانش ژنوم چندین گونه ماهی را بررسی کردند تا علت حذف ژن های مربوط به تولید هموگلوبین را بیابند. هنوز مشخص نیست که آیا این ماهی ها ابتدا گلبول های قرمز خون خود را از دست دادند یا توانایی تولید هموگلوبین را از دست دادند. یکی از فرضیه های محققان این است که اکسیژن فراوان در آب های سرد اقیانوس جنوبی وابستگی این ماهی ها به هموگلوبین را کاهش داده و زمینه را برای نابودی آن فراهم کرده است.
تفاوت خون حیوانات تنها به رنگ آن محدود نمی شود. حتی در گونه های خون قرمز هموگلوبین می تواند در پاسخ به شرایط محیطی دستخوش تغییرات چشمگیری شود.
هموگلوبین موش گوزن به گونه ای تکامل یافته است که قوی تر به اکسیژن متصل می شود و به این حیوان اجازه می دهد در ارتفاعات بیش از ۴۰۰۰ متر زندگی کند.
یکی از نمونه های جالب حیواناتی هستند که در ارتفاعات زندگی می کنند. هر چه از سطح دریا بالاتر می رویم، فشار اکسیژن کاهش می یابد و تامین اکسیژن مورد نیاز بافت ها دشوارتر می شود. با این حال، برخی از حیوانات توانسته اند خود را با چنین شرایطی وفق دهند.
موش آهو یکی از این حیوانات است. این موش کوچک می تواند در ارتفاع نزدیک به ۴۳۰۰ متر از سطح دریا زندگی کند. در چنین ارتفاعی، بسیاری از افراد با علائم بیماری ارتفاع مواجه می شوند.
اما چنین سازگاری هایی همیشه بدون هزینه نیست. زاخاری شورون، اکوفیزیولوژیست دانشگاه مونتانا، توضیح می دهد که اتصال قوی تر هموگلوبین به اکسیژن، آزاد شدن اکسیژن در بافت ها را دشوارتر می کند. به عبارت ساده تر، موش آهو اکسیژن را بهتر جذب می کند، اما برای رساندن آن به سلول ها مشکل تری دارد.
برای مثال، بررسی هموگلوبین موش‌های آهو که در ارتفاعات زندگی می‌کنند ممکن است به ایجاد راه‌هایی برای مقابله با کمبود اکسیژن در بدن کمک کند. شورون معتقد است که چنین تحقیقاتی را می توان برای بیماری هایی مانند بیماری مزمن انسدادی ریه (COPD) به کار برد.
از سوی دیگر، ماهی های یخی قطب جنوب که بدون گلبول های قرمز و هموگلوبین زندگی می کنند، نمونه ای کاملا متفاوت از سازگاری سیستم گردش خون را نشان می دهند.
با توجه به اینکه نزدیک به دو میلیارد نفر در جهان از کم خونی رنج می برند، دانشمندان امیدوارند که درک دقیق تر مکانیسم های فیزیولوژیکی این ماهی ها بتواند به یافتن راه حل های درمانی جدید کمک کند. با این حال، چنین برنامه هایی در حال حاضر در محدوده امکان و مسیرهای تحقیقاتی قرار دارند.
پاستلتویت در مورد توانایی غیرعادی شاه ماهی برای زندگی بدون هموگلوبین می گوید: «بدیهی است که ماهی های یخی راهی پیدا کرده اند.
تنوع رنگ و ترکیب خون در حیوانات نشان می دهد که تکامل راه حل های بسیار متفاوتی برای حل یک مشکل رایج یعنی رساندن اکسیژن به سلول ها پیدا کرده است. از پروتئین های حاوی مس در اختاپوس گرفته تا خون تقریباً شفاف ماهی های یخی، هر یک از این سازگاری ها بخشی از تاریخ تکاملی حیات بر روی زمین را نشان می دهد.
