أسرار العناية بالبشرة وتفتيحها

الدماغ هو المستهلك الرئيسي للطاقة في الجسم ، ويحتاج إلى إمداد مستمر بالأكسجين لنشاطه. الشخص الذي يزن 63 كجم يستهلك ما معدله 250 مل من الأكسجين في الدقيقة عند الضغط الجوي.

عند البشر ، يكون التوقف عن التنفس لبضع دقائق كافيًا لإحداث ضرر لا رجعة فيه للدماغ والخلايا العصبية بداخله.

في دراسة جديدة ، تمكن العلماء الآن من تزويد رؤوس الضفادع بمصدر بديل للأكسجين - باستخدام الطحالب وحيدة الخلية التي اخترقت أدمغتهم.

يحتوي الهواء الذي نتنفسه على 21٪ أكسجين ، ويستخدم جزء كبير من الكائنات التي تعيش حاليًا على الأرض هذا الأكسجين لإنتاج معظم الطاقة التي يحتاجونها. لذلك من المدهش أن نفهم أنه حتى ما قبل مليار سنة لم يكن هناك أكسجين تقريبًا في الغلاف الجوي للأرض.

بدأ يتراكم فقط بعد ظهور المخلوقات الأولى التي عرفت كيفية إجراء التمثيل الضوئي.

في عملية التمثيل الضوئي ، يمتص المخلوق ثاني أكسيد الكربون من الهواء ويستخدم طاقة الشمس والماء لإنتاج السكر. أحد النواتج الثانوية لهذه العملية هو الأكسجين ، الذي ينبعث في الغلاف الجوي للأرض.

لملايين السنين ، غيرت مخلوقات التمثيل الضوئي ، التي تضمنت في البداية بكتيريا زرقاء وخضراء وطحالب وحيدة الخلية ، ببطء تكوين الغلاف الجوي في عالمنا. تدريجيا ، مع تراكم المزيد من الأكسجين في الهواء ، بدأت تظهر الكائنات التي استخدمته لإنتاج الطاقة في عملية التنفس.

اليوم ، تحتاج معظم الكائنات الحية من حولنا ، وبالطبع نحن أيضًا ، إلى إمدادات ثابتة من الأكسجين للبقاء على قيد الحياة. تمتص الحيوانات الأكسجين من البيئة بمساعدة الرئتين أو الخياشيم أو الامتصاص عبر الجلد.

مصنع الأكسجين المستقل

وفقًا لتقرير في The Scientist ، وُلدت الدراسة من محادثة جرت خلال مأدبة غداء مشتركة بين عالم الأحياء العصبية هانز ستاركا من جامعة لودفيج ماكسيميليان في ميونيخ وزميله الباحث في الطحالب وحيدة الخلية جورج نيكلسن.

قرر الاثنان توحيد قواهما لمعرفة ما إذا كانت الطحالب أحادية الخلية يمكنها تزويد الدماغ بالأكسجين.

لاختبار السؤال ، استخدم الباحثون الضفادع الصغيرة لضفدع طبي شائع (Xenopus laevis) وحقنوا في قلوبهم طحالب خضراء وحيدة الخلية أو بكتيريا زرقاء وخضراء تقوم بعملية التمثيل الضوئي.

نظرًا لأن أجسام الضفادع الصغيرة شفافة في الغالب ، فقد تمكن الباحثون من متابعة انتشار الطحالب ، من الأوعية الدموية إلى الدماغ ، بسهولة تامة.

لاختبار ما إذا كانت الطحالب توفر الأكسجين للدماغ ، خفض الباحثون كمية الأكسجين في الماء باستخدام تدفق مستمر من النيتروجين ، وأدخلوا أقطابًا كهربائية في الشراغف لمراقبة نشاط الدماغ ومستويات الأكسجين في أدمغتهم.

تم إعطاء علاج مماثل لريشونيم الخالية من الطحالب ومجموعة من ريشونيم الذين تم حقنتهم بالطحالب التي تم تعديلها وراثيا والتي لم تسمح لهم بإنتاج الأكسجين.

في الظلام ، وبدون أكسجين ، توقفت أدمغة كل الضفادع الصغيرة عن العمل. عندما تم تشغيل الضوء ، ظلت حالة المجموعة الأولى في مجموعتي التحكم دون تغيير ، بينما عادت العقول الأولى التي حُقنت فيها الطحالب النشطة إلى العمل.لا يوجد فرق معنوي بين تأثير الطحالب وتأثير البكتيريا الزرقاء.

لذلك يبدو أن عملية التمثيل الضوئي التي تقوم بها الطحالب قد زودت الدماغ بالأكسجين الذي يحتاجه. عندما أطفأ الباحثون الضوء مرة أخرى ، توقف نشاط الدماغ ، و استؤنف عندما عادت الإضاءة. كما أشار الباحثون إلى أن تأثير الطحالب على نشاط الدماغ كان أسرع من التأثير الموازي لرفع مستويات الأكسجين في الماء مرة أخرى ، ربما لأن الدفعات كانت تزود الدماغ بالأكسجين مباشرة ، دون تدخل الجهاز التنفسي.

توجد العلاقات بين الفقاريات والطحالب في الطبيعة في نوع معين من السمندل (Ambystoma maculatum) ، حيث توجد الطحالب وحيدة الخلية في بيضها وفي الأعضاء التناسلية للفرد البالغ. ومع ذلك ، فهذه هي المرة الأولى التي يتم فيها استخدام الأكسجين الذي تنتجه لاستعادة وظيفة الفقاريات.

على الرغم من أن هذا الاكتشاف مثير للاهتمام ، إلا أنه من المشكوك فيه للغاية ما إذا كان من الممكن استخدامه في المستقبل لعلاج الدماغ البشري. 

أولاً ، على عكس الضفادع الصغيرة ، نحن لسنا شفافين ، ومن الصعب تخيل كيف يمكننا ضخ الضوء في أذهاننا.

ثانيًا ، لا توجد طريقة حاليًا للتحكم في كميات الأكسجين التي ينتجها التسارع ، ويمكن أن يكون الأكسجين الزائد سامًا. أخيرًا ، هناك خوف من أن يؤدي وجود التسارع في الجسم إلى إثارة رد فعل خطير لجهاز المناعة.

ومع ذلك ، تحاول مجموعات البحث بالفعل اختبار استخدام الطحالب أحادية الخلية والتركيب الضوئي لتوفير حل لمجموعة متنوعة من الأمراض والمشاكل ، مثل نقص الأكسجين الناجم عن فشل الجهاز التنفسي وحتى كعلاج داعم لسرطان الثدي. لا يزال البحث في هذا المجال في مهده حاليًا ويقتصر على التجارب على حيوانات المختبر مثل الفئران والحمير الوحشية.

تنفس الرئة في الضفادع

خلال مرحلة البلوغ ، يكون للضفادع رئتان ولا يوجد حجاب حاجز ، لذلك يجب عليهم أداء حركات متشنجة مع الحلق لإحداث دخول وخروج للهواء . يحدث التنفس الرئوي في معظم الضفادع من خلال مضخة الفم على مرحلتين :

1. في البداية ، ينفتح تجويف الفم ، من خلال تقلصات أرضية الفم ، مما يخلق هواءً نقيًا محملاً بالأكسجين من الخارج.
2. بالتزامن مع فتح تجويف الفم ، يتم ضغط الرئتين وإزالة الغازات التي كانت قيد الاستخدام بالفعل ، وبحمولة منخفضة من الأكسجين.

يتم إطلاق بعض الغازات المستخدمة مرة أخرى في البيئة من خلال فتحتي الأنف ، ويتم خلط البعض الآخر مع الهواء الذي دخل للتو إلى تجويف الفم. من هذا الخليط يعود جزء إلى الغلاف الجوي عن طريق الفم وجزء آخر يصل إلى الرئتين. يحدث الزفير بسبب الارتداد المرن لجدران الجسم والرئتين.