نشاء علم

نشاء علم

الگوبرداری انسان از جاندار سخت‌دوست و تاب‌آور: تاردیگریدها

نوع مقاله : مقاله ترویجی

نویسندگان
1 دپارتمان تخصصی بیوفیزیک، موسسه تحقیقاتی بیوشیمی و بیوفیزیک ایران، دانشگاه تهران، تهران، ایران.
2 مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک، دانشگاه تهران، تهران، ایران
3 USERN ، شبکه جهانی علمی، آموزش و پژوهش ، مرکز تحقیقات بیوشیمی و بیوفیزیک ، دانشگاه تهران، تهران، ایران
4 عضو پیوسته فرهنگستان علوم ایران، عضو پیوسته آکادمی جهانی علوم (تواس)، عضو پیوسته آکادمی علوم جهان اسلام
چکیده
این مقاله به بررسی تاردیگریدها، موجودات میکروسکوپی با توانایی خارق‌العاده در تحمل شرایط محیطی سخت، و ارتباط آنها با مفهوم تاب‌آوری انسانی و شاخص‌های توسعه انسانی (HDI) می‌پردازد. تاردیگرید یا خرس آبی، یک گروه از بی‌مهرگان میکروسکوپی هستند که به‌دلیل مقاومت بالایشان در برابر شرایط محیطی بسیار سخت شناخته می‌شوند. این موجودات میکروسکوپی از نظر اندازه معمولاً بین ۳/۰ تا ۵/۰ میلی‌متر هستند و در محیط‌های مختلف از جمله اقیانوس‌ها، جنگل‌ها و حتی بر روی خزه‌ها و گلسنگ‌ها زندگی می‌کنند. تاردیگریدها با استفاده از مکانیسم‌هایی نظیر کریپتوبیوزیس که نوعی حالت متابولیکی خاص و برگشت‌پذیر است، قادرند در محیط‌هایی با دماهای شدید، کم‌آبی، تشعشعات مضر و فشارهای بالا زنده بمانند. تاب‌آوری نیز به‌عنوان معیاری برای سنجش توسعه انسانی، بر توانایی کشورها و جوامع در مقابله با معضلات اقتصادی و اجتماعی تأکید دارد. کریپتوبیوز حالتی از عدم فعالیت شدید در پاسخ به شرایط نا‌مطلوب محیطی است. در این مقاله، شباهت‌ها و تفاوت‌های بین تاب‌آوری تاردیگریدها و شاخص توسعه انسانی مورد بحث قرار گرفته و پیشنهادهایی برای بهره‌برداری از طریق الگو و الهام‌گیری مولکولی از سازگاری‌ تکاملی تاردیگریدها، نظیر پروتئین‌های شوک حرارتی و سازوکارهای ترمیم DNA، مطرح می‌شود. البته در این مقاله نگاهی دیگر بر تعریف شاخص‌های توسعه انسانی شده‌است، بدین معنی که انسان توسعه یافته، وجودی با ضمیر متعالی است که قوانین الهی و ملکوتی پدیده‌های طبیعت را می‌شناسد و با علم و ایمان خود تاب‌آوری دارد تا در اشیا و پدیده‌های طبیعت غواصی نماید و گوهرها را بیابد و برای تسهیل امور خود و جامعه از آن بهره‌مند شوند.
کلیدواژه‌ها

عنوان مقاله English

Human Adaptations Inspired by an Extremophile and Resilient Organism: The Tardigrades

نویسندگان English

Mohammad Hossein Khodabandehloo 1
Ali A. Moosavi-Movahedi 2 3 4
1 Department of Biophysics, Institute of Biochemistry and Biophysics, University of Tehran, Tehran, Iran.
2 Institute of Biochemistry and Biophysics, University of Tehran, Tehran, Iran
3 Universal Scientific Education and Research Network (USERN), Institute of Biochemistry and Biophysics (IBB), University of Tehran, Tehran, Iran
4 Fellow, Iran Academy of Sciences; Fellow, The World Academy of Sciences (TWAS); Fellow Islamic World Academy of Sciences
چکیده English

This study examines the exceptional resilience of tardigrades, microscopic extremophiles, and draws comparisons to human resilience as expressed in the Human Development Index (HDI). Tardigrades employ unique survival mechanisms, such as cryptobiosis, allowing them to endure extreme conditions, including dehydration, intense radiation, and extreme pressures. These adaptations are analyzed alongside human resilience, an essential component of HDI, which reflects a society’s capacity to tackle economic and social challenges. The paper further proposes leveraging the tardigrades’ evolutionary adaptations, such as heat shock proteins and DNA repair mechanisms, as models for advancing human resilience. Additionally, it redefines HDI by incorporating a transcendental perspective, emphasizing the interplay of knowledge, faith, and the recognition of natural laws to inspire societal and individual development. This multidimensional approach offers insights into integrating biological resilience with human developmental frameworks for broader applications.

کلیدواژه‌ها English

Tardigrade
Human Development Index
Transcendental Virtue
Resilience
Extremophile
Nature
Biotechnology
 
[1]. T. Järvilehto, “The theory of the organism-environment system: I. Description of the theory,” Integrative Physiological and Behavioral Science 1998 33:4, vol. 33, no. 4, pp. 321–334, 1998, doi: 10.1007/BF02688700.
[2]. صدیقه عابدان زاده؛ علی اکبر موسوی موحدی، "نقش دانش زیست الگو (بیومیمتیک) در زندگی بشر"  نامه علوم پایه (فرهنگستان علوم)، مجلد 2-3، صفحات 188-194، سال 1400.
[3]. علی اکبر موسوی موحدی، "زیست الگو: همگرایی در علم و حکمت"  نشریه نشا علم، مجلد4،  شماره 1، صفحات 6-9، سال 1392.
[4]. Y. Uchiyama, E. Blanco, and R. Kohsaka, “Application of Biomimetics to Architectural and Urban Design: A Review across Scales,” Sustainability 2020, Vol. 12, Page 9813, vol. 12, no. 23, p. 9813, Nov. 2020, doi: 10.3390/SU12239813.
[5]. S. D. Kocher, R. Mallarino, B. E. R. Rubin, D. W. Yu, H. E. Hoekstra, and N. E. Pierce, “The genetic basis of a social polymorphism in halictid bees,” Nature Communications 2018 9:1, vol. 9, no. 1, pp. 1–7, Oct. 2018, doi: 10.1038/s41467-018-06824-8.
[6]. N. Kasianchuk, P. Rzymski, and Ł. Kaczmarek, “The biomedical potential of tardigrade proteins: A review,” Biomedicine & Pharmacotherapy, vol. 158, p. 114063, Feb. 2023, doi: 10.1016/J.BIOPHA.2022.114063.
[7]. S. Giwa et al., “The promise of organ and tissue preservation to transform medicine,” Nature Biotechnology 2017 35:6, vol. 35, no. 6, pp. 530–542, Jun. 2017, doi: 10.1038/nbt.3889.
[8]. C. I. Biggs, T. L. Bailey, Ben Graham, C. Stubbs, A. Fayter, and M. I. Gibson, “Polymer mimics of biomacromolecular antifreezes,” Nature Communications 2017 8:1, vol. 8, no. 1, pp. 1–12, Nov. 2017, doi: 10.1038/s41467-017-01421-7.
[9]. A. Gagyi-Palffy and L. C. Stoian, “A short review on tardigrades–some lesser-known taxa of polyextremophilic invertebrates,” Extreme Life Biospeology Astrobiol, vol. 3, no. 1, pp. 13–26, 2011.
[10]. F. Olivieri, F. Prattichizzo, F. Lattanzio, A. R. Bonfigli, and L. Spazzafumo, “Antifragility and Antiinflammaging: can they play a role for a healthy longevity?” Ageing Res Rev, p. 101836, 2022.
[11]. A. Verkhratsky, “Early evolutionary history (from bacteria to hemichordata) of the omnipresent purinergic signalling: A tribute to Geoff Burnstock inquisitive mind,” Biochem Pharmacol, vol. 187, p. 114261, 2021.
[12]. J. Schenk and D. Fontaneto, “Biodiversity analyses in freshwater meiofauna through DNA sequence data,” Hydrobiologia, vol. 847, no. 12, pp. 2597–2611, 2020.
[13]. C. Hesgrove and T. C. Boothby, “The biology of tardigrade disordered proteins in extreme stress tolerance,” Cell Communication and Signaling, vol. 18, pp. 1–15, 2020.
[14]. R. Guidetti and R. Bertolani, “Tardigrade taxonomy: an updated check list of the taxa and a list of characters for their identification,” Zootaxa, vol. 845, no. 1, pp. 1–46, 2005.
[15]. D. R. Nelson, “Current status of the Tardigrada: evolution and ecology,” Integr Comp Biol, vol. 42, no. 3, pp. 652–659, 2002.
[16]. M. M. McFatter, H. A. Meyer, and J. G. Hinton, “Nearctic freshwater tardigrades: a review,” J Limnol, vol. 66, p. 84, 2007.
[17]. J. C. Wright, “Cryptobiosis 300 years on from van Leuwenhoek: what have we learned about tardigrades?” Zoologischer Anzeiger-A Journal of Comparative Zoology, vol. 240, no. 3–4, pp. 563–582, 2001.
[18]. J. H. Crowe, F. A. Hoekstra, and L. M. Crowe, “Anhydrobiosis,” Annu Rev Physiol, vol. 54, no. 1, pp. 579–599, 1992.
[19]. P. Westh, J. Kristiansen, and A. Hvidt, “Ice-nucleating activity in the freeze-tolerant tardigrade Adorybiotus coronifer,” Comp Biochem Physiol A Physiol, vol. 99, no. 3, pp. 401–404, 1991.
[20]. R. O. Schill, “Anhydrobiotic abilities of tardigrades,” Dormancy and resistance in harsh environments, pp. 133–146, 2010.
[21]. K. I. Jönsson, E. Rabbow, R. O. Schill, M. Harms-Ringdahl, and P. Rettberg, “Tardigrades survive exposure to space in low Earth orbit,” Current biology, vol. 18, no. 17, pp. R729–R731, 2008.
[22]. N. Møbjerg, A. Jørgensen, J. Eibye-Jacobsen, K. A. Halberg, D. Persson, and R. M. Kristensen, “New records on cyclomorphosis in the marine eutardigrade Halobiotus crispae (Eutardigrada: Hypsibiidae),” J Limnol, vol. 66, p. 132, 2007.
[23]. D. D. Horikawa et al., “Radiation tolerance in the tardigrade Milnesium tardigradum,” Int J Radiat Biol, vol. 82, no. 12, pp. 843–848, 2006.
[24]. K. A. Halberg, D. Persson, N. Møbjerg, A. Wanninger, and R. M. Kristensen, “Myoanatomy of the marine tardigrade Halobiotus crispae (Eutardigrada: Hypsibiidae),” J Morphol, vol. 270, no. 8, pp. 996–1013, 2009.
[25]. A. M. Burnell, K. Houthoofd, K. O’Hanlon, and J. R. Vanfleteren, “Alternate metabolism during the dauer stage of the nematode Caenorhabditis elegans,” Exp Gerontol, vol. 40, no. 11, pp. 850–856, 2005.
[26]. R. M. Kristensen, “The first record of cyclomorphosis in Tardigrada based on a new genus and species from Arctic meiobenthos 1,” Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, vol. 20, no. 4, pp. 249–270, 1983.
[27]. U. Fritz et al., “Mitochondrial phylogeography and subspecies of the wide‐ranging sub‐Saharan leopard tortoise Stigmochelys pardalis (Testudines: Testudinidae)–a case study for the pitfalls of pseudogenes and GenBank sequences,” Journal of Zoological Systematics and Evolutionary Research, vol. 48, no. 4, pp. 348–359, 2010.
[28]. K. I. Jönsson, S. Borsari, and L. Rebecchi, “Anhydrobiotic survival in populations of the tardigrades Richtersius coronifer and Ramazzottius oberhaeuseri from Italy and Sweden,” Zoologischer Anzeiger-A Journal of Comparative Zoology, vol. 240, no. 3–4, pp. 419–423, 2001.
[29]. K. Ingemar Jönsson, M. Harms-Ringdahl, and J. Torudd, “Radiation tolerance in the eutardigrade Richtersius coronifer,” Int J Radiat Biol, vol. 81, no. 9, pp. 649–656, 2005.
[30]. A. Jørgensen, N. Møbjerg, and R. M. Kristensen, “A molecular study of the tardigrade Echiniscus testudo (Echiniscidae) reveals low DNA sequence diversity over a large geographical area,” J Limnol, vol. 66, p. 77, 2007.
[31]. H. Ramløv and P. Westh, “Cryptobiosis in the eutardigrade Adorybiotus (Richtersius) coronifer: tolerance to alcohols, temperature and de novo protein synthesis,” Zoologischer Anzeiger-A Journal of Comparative Zoology, vol. 240, no. 3–4, pp. 517–523, 2001.
[32]. P. Westh and R. M. Kristensen, “Ice formation in the freeze-tolerant eutardigrades Adorybiotus coronifer and Amphibolus nebulosus studied by differential scanning calorimetry,” Polar Biol, vol. 12, pp. 693–699, 1992.
[33]. A. M. Rizzo et al., “Antioxidant defences in hydrated and desiccated states of the tardigrade Paramacrobiotus richtersi,” Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol, vol. 156, no. 2, pp. 115–121, 2010.
[34]. J. S. Clegg, “The origin of threhalose and its significance during the formation of encysted dormant embryos of Artmia salina,” Comp Biochem Physiol, vol. 14, no. 1, pp. 135–143, 1965.
[35]. J. S. Clegg, “Cryptobiosis—a peculiar state of biological organization,” Comp Biochem Physiol B Biochem Mol Biol, vol. 128, no. 4, pp. 613–624, 2001.
[36]. E. Sharifi et al., “Inhibitory effects of beta-cyclodextrin and trehalose on nanofibril and AGE formation during glycation of human serum albumin,” Protein Pept Lett, vol. 16, no. 6, pp. 653–659, Jun. 2009, doi: 10.2174/092986609788490212.
[37]. A. H. Warner et al., “Evidence for multiple group 1 late embryogenesis abundant proteins in encysted embryos of Artemia and their organelles,” The Journal of Biochemistry, vol. 148, no. 5, pp. 581–592, 2010.
[38]. E. Schokraie et al., “Proteomic analysis of tardigrades: towards a better understanding of molecular mechanisms by anhydrobiotic organisms,” PLoS One, vol. 5, no. 3, p. e9502, 2010.
[39]. A. Reuner et al., “Stress response in tardigrades: differential gene expression of molecular chaperones,” Cell Stress Chaperones, vol. 15, pp. 423–430, 2010.
[40]. L. Rebecchi, M. Cesari, T. Altiero, A. Frigieri, and R. Guidetti, “Survival and DNA degradation in anhydrobiotic tardigrades,” Journal of Experimental Biology, vol. 212, no. 24, pp. 4033–4039, 2009.
[41]. A. C. Suzuki, “Life history of Milnesium tardigradum Doyère (Tardigrada) under a rearing environment,” Zoolog Sci, vol. 20, no. 1, pp. 49–57, 2003.
[42]. K. A. Halberg, D. Persson, H. Ramløv, P. Westh, R. M. Kristensen, and N. Møbjerg, “Cyclomorphosis in Tardigrada: adaptation to environmental constraints,” Journal of Experimental Biology, vol. 212, no. 17, pp. 2803–2811, 2009.
[43]. R. Guidetti, T. Altiero, and L. Rebecchi, “On dormancy strategies in tardigrades,” J Insect Physiol, vol. 57, no. 5, pp. 567–576, May 2011, doi: 10.1016/J.JINSPHYS.2011.03.003.
[44]. C. Johansson, S. Calloway, W. R. Miller, and E. T. Linder, “Are urban and rural tardigrade (Tardigrada) communities distinct and determined by pH: a case study from Fresno County, California,” Pan-Pac Entomol, vol. 87, no. 2, pp. 86–97, 2011.
[45]. D. D. Horikawa, “Survival of tardigrades in extreme environments: a model animal for astrobiology,” in Anoxia: evidence for eukaryote survival and paleontological strategies, Springer, 2011, pp. 205–217.
[46]. G. Horneck et al., “Microbial rock inhabitants survive hypervelocity impacts on Mars-like host planets: first phase of lithopanspermia experimentally tested,” Astrobiology, vol. 8, no. 1, pp. 17–44, 2008.
[47]. R. J. Barro and J.-W. Lee, “A New Data Set of Educational Attainment in the World, 1950-2010,” Journal of Development Economics, Apr. 2010, doi: 10.3386/W15902.
[48]. A. A. Moosavi-Movahedi, “Rationality and Scientific Lifestyle for Health,” 2021, Springer, doi: 10.1007/978-3-030-74326-0.