عضلاتنا تطورت بطريقة ذكية لإبقائنا دافئين حتى عند الاسترخاء!
عندما ينخفض الزئبق، تتمتع الثدييات بميزة تفوق ما يسمى المخلوقات ذوات الدم البارد. يمكن لعضلاتنا أن تعمل كأفران، وتولد الحرارة اللازمة للحفاظ على استقرار درجة حرارة أجسامنا.
ولكن حتى عندما تسترخي، يمكن أن تستمر عضلاتنا في إنتاج الحرارة - وهي خدعة تسمى التوليد الحراري القائم على العضلات.
أثناء جلوسك بهدوء لقراءة هذا المقال، أدرك أن تطوير التوليد الحراري القائم على العضلات كان خطوة أساسية في تطورك، ما جعل من الممكن لأسلافك أن ينتشروا في بيئات أقل استوائية في جميع أنحاء العالم.
الآن، حدد باحثون أستراليون طريقة معينة تتطور بها أنسجة عضلات الثدييات من تلك الخاصة بالحيوانات ذوات الدم البارد أو "الخارجة للحرارة".
وقال برادلي لاونيكونيس، عالم الطب الحيوي بجامعة كوينزلاند، إن "الحيوانات ذوات الدم البارد، مثل الضفادع والثدييات ذوات الدم الحار، مثل البشر، تستخدم نفس الهياكل العضلية الأساسية لتوليد القوة للوضعية والحركة".
لكن الثدييات حققت حريتها الجغرافية من خلال تغيير الطريقة التي يتم بها تنظيم تركيز أيونات الكالسيوم في عضلاتها أثناء الراحة. يسمح هذا التكيف لخلايا عضلات الثدييات بتحمل تركيزات أعلى من الكالسيوم في السائل المحيط، ما يتطلب من العضلات إنفاق الطاقة من أجل طرد الكالسيوم.
وتعمل مضخات أيونات الكالسيوم في عضلات الهيكل العظمي على ثبات مستوى أيونات الكالسيوم. وأظهرت الأبحاث السابقة أن نشاط المضخة له أيضا تأثير على مقدار الحرارة التي تحدثها عضلات الهيكل العظمي عندما تكون في حالة راحة.
وتتراكم حتى الكميات الصغيرة من الحرارة المتولدة في كل ألياف عضلية عندما يكون لديك ما يكفي من العضلات الهيكلية التي تغطي الجسم، ما يسمح لدرجة الحرارة الداخلية بالبقاء ثابتة في البيئات الباردة. أضف بعض العزل، وهذه الطاقة الحرارية يمكن أن تقطع شوطا طويلا.
درس الباحثون الألياف العضلية للثدييات وتلك الخاصة بالحيوانات الخارجية وقارنوا كيفية عملها في نفس الظروف، ووجدوا أن كلا منها قاوم تأثيرات زيادة تركيزات أيونات الكالسيوم بطرق مختلفة.
وقاموا بتحليل الكالسيوم المذاب في ألياف العضلات من الضفادع والفئران والأشخاص الذين يعانون من ارتفاع الحرارة الخبيث، وهي حالة تحدث غالبا بسبب طفرة في مستقبلات ريانودين التي تجعل قنوات الكالسيوم أكثر عرضة للانفتاح عند تعرضها لمنبه.
وتعد مستقبلات ريانودين (RyR) قنوات الكالسيوم داخل الخلايا في الأنسجة الحيوانية مثل العضلات والخلايا العصبية، والتي تتدفق من خلالها أيونات الكالسيوم. وتعمل مضخات أيون الكالسيوم في الاتجاه المعاكس، وتضخ الكالسيوم في الاتجاه الآخر، لاستعادة التوازن داخل الخلايا.
ويتم التعبير عن نوع يسمى RyR1 في العضلات الهيكلية في الثدييات، بينما تعبر الحيوانات الخارجية عن نوعين من المستقبلات في عضلاتها الهيكلية، وهما αRyR وβRyR.
وأظهرت نتائج هذه الدراسة أنه في الثدييات، تؤدي الزيادات المفاجئة في الكالسيوم في السائل المحيط بألياف العضلات المريحة إلى تراكم الأيونات في حجرة ملفوفة بالغشاء داخل الخلايا تسمى الشبكة الساركوبلازمية، بدلا من إطلاقها بسرعة.
عادة ما يؤدي تدفق أيونات الكالسيوم إلى خلايا العضلات إلى تحفيز قنوات RyR لإطلاق المزيد من الكالسيوم في سيتوبلازم الخلية، ما يؤدي إلى شلال يؤدي إلى تقلص العضلات. ومع ذلك، يبدو أن الثدييات طورت بعض المقاومة لارتفاع مستويات الكالسيوم داخل خلايا عضلاتها.
وهذا مهم لأنه يسمح بتسرب ثابت لأيون الكالسيوم من الشبكة الساركوبلازمية، ما يجبر مضخة أيون الكالسيوم على العمل بجدية أكبر، ما ينتج عنه المزيد من الحرارة.
ويبدو أن فقدان أحد أشكال RyR ساعد عضلات الثدييات على أن تصبح أقل حساسية لمحفزات أيونات الكالسيوم، والتي بالإضافة إلى التمثيل الغذائي تدعم ماصتها للحرارة.
ويضيف البحث تفاصيل إلى فهمنا ليس فقط لتطور الثدييات، ولكن صحتنا أيضا، ما يضع أساسا مهما لفهم كيفية حرق عضلاتنا للطاقة حتى أثناء الاسترخاء.
وقد نُشر هذا البحث في مجلة The Proceedings of the National Academy of Sciences.
ولكن حتى عندما تسترخي، يمكن أن تستمر عضلاتنا في إنتاج الحرارة - وهي خدعة تسمى التوليد الحراري القائم على العضلات.
أثناء جلوسك بهدوء لقراءة هذا المقال، أدرك أن تطوير التوليد الحراري القائم على العضلات كان خطوة أساسية في تطورك، ما جعل من الممكن لأسلافك أن ينتشروا في بيئات أقل استوائية في جميع أنحاء العالم.
الآن، حدد باحثون أستراليون طريقة معينة تتطور بها أنسجة عضلات الثدييات من تلك الخاصة بالحيوانات ذوات الدم البارد أو "الخارجة للحرارة".
وقال برادلي لاونيكونيس، عالم الطب الحيوي بجامعة كوينزلاند، إن "الحيوانات ذوات الدم البارد، مثل الضفادع والثدييات ذوات الدم الحار، مثل البشر، تستخدم نفس الهياكل العضلية الأساسية لتوليد القوة للوضعية والحركة".
لكن الثدييات حققت حريتها الجغرافية من خلال تغيير الطريقة التي يتم بها تنظيم تركيز أيونات الكالسيوم في عضلاتها أثناء الراحة. يسمح هذا التكيف لخلايا عضلات الثدييات بتحمل تركيزات أعلى من الكالسيوم في السائل المحيط، ما يتطلب من العضلات إنفاق الطاقة من أجل طرد الكالسيوم.
وتعمل مضخات أيونات الكالسيوم في عضلات الهيكل العظمي على ثبات مستوى أيونات الكالسيوم. وأظهرت الأبحاث السابقة أن نشاط المضخة له أيضا تأثير على مقدار الحرارة التي تحدثها عضلات الهيكل العظمي عندما تكون في حالة راحة.
وتتراكم حتى الكميات الصغيرة من الحرارة المتولدة في كل ألياف عضلية عندما يكون لديك ما يكفي من العضلات الهيكلية التي تغطي الجسم، ما يسمح لدرجة الحرارة الداخلية بالبقاء ثابتة في البيئات الباردة. أضف بعض العزل، وهذه الطاقة الحرارية يمكن أن تقطع شوطا طويلا.
درس الباحثون الألياف العضلية للثدييات وتلك الخاصة بالحيوانات الخارجية وقارنوا كيفية عملها في نفس الظروف، ووجدوا أن كلا منها قاوم تأثيرات زيادة تركيزات أيونات الكالسيوم بطرق مختلفة.
وقاموا بتحليل الكالسيوم المذاب في ألياف العضلات من الضفادع والفئران والأشخاص الذين يعانون من ارتفاع الحرارة الخبيث، وهي حالة تحدث غالبا بسبب طفرة في مستقبلات ريانودين التي تجعل قنوات الكالسيوم أكثر عرضة للانفتاح عند تعرضها لمنبه.
وتعد مستقبلات ريانودين (RyR) قنوات الكالسيوم داخل الخلايا في الأنسجة الحيوانية مثل العضلات والخلايا العصبية، والتي تتدفق من خلالها أيونات الكالسيوم. وتعمل مضخات أيون الكالسيوم في الاتجاه المعاكس، وتضخ الكالسيوم في الاتجاه الآخر، لاستعادة التوازن داخل الخلايا.
ويتم التعبير عن نوع يسمى RyR1 في العضلات الهيكلية في الثدييات، بينما تعبر الحيوانات الخارجية عن نوعين من المستقبلات في عضلاتها الهيكلية، وهما αRyR وβRyR.
وأظهرت نتائج هذه الدراسة أنه في الثدييات، تؤدي الزيادات المفاجئة في الكالسيوم في السائل المحيط بألياف العضلات المريحة إلى تراكم الأيونات في حجرة ملفوفة بالغشاء داخل الخلايا تسمى الشبكة الساركوبلازمية، بدلا من إطلاقها بسرعة.
عادة ما يؤدي تدفق أيونات الكالسيوم إلى خلايا العضلات إلى تحفيز قنوات RyR لإطلاق المزيد من الكالسيوم في سيتوبلازم الخلية، ما يؤدي إلى شلال يؤدي إلى تقلص العضلات. ومع ذلك، يبدو أن الثدييات طورت بعض المقاومة لارتفاع مستويات الكالسيوم داخل خلايا عضلاتها.
وهذا مهم لأنه يسمح بتسرب ثابت لأيون الكالسيوم من الشبكة الساركوبلازمية، ما يجبر مضخة أيون الكالسيوم على العمل بجدية أكبر، ما ينتج عنه المزيد من الحرارة.
ويبدو أن فقدان أحد أشكال RyR ساعد عضلات الثدييات على أن تصبح أقل حساسية لمحفزات أيونات الكالسيوم، والتي بالإضافة إلى التمثيل الغذائي تدعم ماصتها للحرارة.
ويضيف البحث تفاصيل إلى فهمنا ليس فقط لتطور الثدييات، ولكن صحتنا أيضا، ما يضع أساسا مهما لفهم كيفية حرق عضلاتنا للطاقة حتى أثناء الاسترخاء.
وقد نُشر هذا البحث في مجلة The Proceedings of the National Academy of Sciences.
