النسخة الأصلية ل هذه القصة ظهرت في مجلة كوانتا.
ارتشف كأسًا من النبيذ، وستلاحظ أن السائل يسيل باستمرار على الجانب المبلل من الكأس. في عام 1855، أوضح جيمس طومسون، شقيق اللورد كلفن، في كتابه مجلة فلسفية أن “تمزقات” أو “أرجل” النبيذ هذه تنتج عن اختلاف التوتر السطحي بين الكحول والماء. كتب طومسون: «تقدم هذه الحقيقة تفسيرًا للعديد من الحركات الغريبة للغاية». ولم يدرك أن التأثير نفسه، الذي سمي فيما بعد بتأثير مارانجوني، قد يشكل أيضًا كيفية تطور الأجنة.
في مارس الماضي، أفاد مجموعة من علماء الفيزياء الحيوية في فرنسا أن تأثير مارانجوني هو المسؤول عن اللحظة المحورية عندما تستطيل كتلة متجانسة من الخلايا وتطور محور الرأس والذيل، وهي السمات المميزة الأولى للكائن الحي الذي ستصبح عليه.
يعد هذا الاكتشاف جزءًا من اتجاه يتحدى القاعدة في علم الأحياء. عادة، يحاول علماء الأحياء وصف النمو والتطور والعمليات البيولوجية الأخرى كنتيجة للإشارات الكيميائية التي تحفزها التعليمات الجينية. لكن تلك الصورة بدت في كثير من الأحيان غير مكتملة. ويقدر الباحثون الآن بشكل متزايد دور القوى الميكانيكية في علم الأحياء: القوى التي تدفع وتسحب الأنسجة استجابة لخصائصها المادية، وتوجه النمو والتطور بطرق لا تستطيع الجينات القيام بها.
لقد فتحت تقنيات التصوير والقياس الحديثة أعين العلماء على هذه القوى من خلال إغراق المجال بالبيانات التي تدعو إلى التفسيرات الميكانيكية. وقال بيير فرانسوا لين من جامعة إيكس مرسيليا، وأحد الباحثين الذين شاركوا في الدراسة الأخيرة: “ما تغير خلال العقود الماضية هو في الواقع إمكانية مشاهدة ما يحدث على الهواء مباشرة، ورؤية الآليات من حيث حركة الخلايا، وإعادة ترتيب الخلايا، ونمو الأنسجة”.
أدى التحول نحو التفسيرات الميكانيكية إلى إحياء الاهتمام بنماذج علم الأحياء ما قبل الجينية. على سبيل المثال، في عام 1917، نشر عالم الأحياء وعالم الرياضيات وعالم الكلاسيكيات الاسكتلندي دارسي طومسون على النمو والشكلوالتي سلطت الضوء على أوجه التشابه بين الأشكال الموجودة بين الكائنات الحية وتلك التي تظهر في المواد غير الحية. كتب طومسون الكتاب كترياق لما كان يعتقد أنه ميل مفرط لتفسير كل شيء من حيث الانتقاء الطبيعي الدارويني. أطروحته – أن الفيزياء أيضًا تشكلنا – تعود إلى الموضة.
وقال ألكسندر كابلا، الفيزيائي والمهندس في جامعة كامبريدج: “الفرضية هي أن الفيزياء والميكانيكا يمكن أن تساعدنا في فهم علم الأحياء على نطاق الأنسجة”.
والمهمة الآن هي فهم التفاعل بين الأسباب، حيث تعمل الجينات والفيزياء بطريقة ما جنبًا إلى جنب لنحت الكائنات الحية.
تنمو مع التدفق
النماذج الميكانيكية لنمو الأجنة والأنسجة ليست جديدة، لكن علماء الأحياء افتقروا لفترة طويلة إلى طرق لاختبار هذه الأفكار. إن مجرد رؤية الأجنة أمر صعب؛ فهي صغيرة ومنتشرة، وترتد الضوء في كل الاتجاهات مثل الزجاج المصنفر. لكن تقنيات الفحص المجهري وتحليل الصور الجديدة فتحت نافذة أوضح على التطور.
طبق لين وزملاؤه بعض التقنيات الجديدة لمراقبة حركة الخلايا داخل بطنيات الفئران: حزم من الخلايا الجذعية التي تحاكي، أثناء نموها، المراحل المبكرة من نمو الجنين.
