خون همه جانوران قرمز نیست؛ راز خون آبی، سبز، بنفش و سفید در طبیعت چیست؟
خون در بدن انسان و بیشتر مهره‌داران قرمزرنگ است؛ اما در دنیای جانوران، موجوداتی زندگی می‌کنند که خونشان آبی، سبز، بنفش یا حتی سفید است.
خون در بدن انسان و بیشتر مهره‌داران قرمزرنگ است؛ اما در دنیای جانوران، موجوداتی زندگی می‌کنند که خونشان آبی، سبز، بنفش یا حتی سفید است.
وقتی انگشتمان بریده می‌شود یا خون‌دماغ می‌شویم، همیشه مایعی با طیفی از رنگ قرمز می‌بینیم. همین تجربه‌ی روزمره باعث شده است تصور کنیم خون تمام جانوران نیز قرمزرنگ است؛ اما طبیعت استثناهای شگفت‌انگیزی دارد. از اختاپوس‌هایی با خون آبی گرفته تا مارمولک‌هایی با خون سبز و ماهی‌هایی که بدون حتی یک گلبول قرمز زندگی می‌کنند، رنگ خون در دنیای جانوران تنوع بسیار بیشتری از آن چیزی دارد که تصور می‌کنیم.
به‌نوشته‌ی مجله‌ی اسمیتسونین ، رنگ خون جانوران تا حد زیادی به مولکول‌هایی بستگی دارد که اکسیژن را در بدن جابه‌جا می‌کنند. درحالی‌که انسان و بیشتر مهره‌داران برای این کار از هموگلوبین استفاده می‌کنند، گروهی از بی‌مهرگان به پروتئین‌های دیگری وابسته‌اند که رنگ‌های کاملاً متفاوتی به خون می‌دهند.
رنگ قرمز خون انسان از هموگلوبین می‌آید؛ پروتئینی سرشار از آهن که در گلبول‌های قرمز قرار دارد و وظیفه‌ی اصلی آن انتقال اکسیژن است. وقتی اکسیژن به آهن موجود در هموگلوبین متصل می‌شود، خون رنگ قرمز روشن پیدا می‌کند. با کاهش میزان اکسیژن، رنگ خون نیز تیره‌تر می‌شود و به قرمز مایل به قهوه‌ای تغییر می‌کند.
اما همه‌ی جانوران برای انتقال اکسیژن به هموگلوبین وابسته نیستند. اختاپوس‌ها، ماهی‌های مرکب و سخت‌پوستانی مانند خرچنگ‌ها و میگوها از پروتئینی به نام هموسیانین استفاده می‌کنند. تفاوت مهم هموسیانین با هموگلوبین در عنصر فلزی موجود در آن‌ها است. هموگلوبین آهن دارد، اما هموسیانین حاوی مس است و وقتی اکسیژن به آن متصل می‌شود، رنگ آبی پیدا می‌کند.
وجود پروتئین‌های حاوی مس یا آهن، مانند هموسیانین و همریترین، باعث می‌شود خون برخی جانوران دریایی آبی یا بنفش باشد
هموسیانین در اتصال به اکسیژن به‌اندازه‌ی هموگلوبین کارآمد نیست؛ بااین‌حال، در محیط‌های بسیار سرد، مانند اعماق اقیانوس‌ها، عملکرد مناسبی دارد. پژوهش‌ها همچنین نشان می‌دهند که این پروتئین ممکن است در دفاع ایمنی بدن و ترمیم زخم‌ها نیز نقش داشته باشد.
در بعضی دیگر از بی‌مهرگان دریایی، خون حتی به رنگ بنفش درمی‌آید. بازوپایان صدف‌مانند و کرم‌های بادام‌زمینی ساکن بستر دریا از پروتئینی به نام همریترین برای انتقال اکسیژن استفاده می‌کنند. این پروتئین برخلاف هموسیانین حاوی آهن است، اما ساختار متفاوت آن باعث می‌شود در حالت اکسیژن‌دار رنگ بنفش داشته باشد.
شاید تصور خون سبز بیشتر یادآور موجودات فضایی در فیلم‌های علمی‌تخیلی باشد؛ اما چندین گونه مارمولک در گینه‌ی نو واقعاً چنین خونی دارند. نکته‌ی عجیب اینکه این مارمولک‌ها درست مانند انسان، برای انتقال اکسیژن از هموگلوبین استفاده می‌کنند. تفاوت اصلی در نحوه‌ی تجزیه‌ی هموگلوبین و دفع مواد حاصل از آن است.
وقتی هموگلوبین تجزیه می‌شود، ماده‌ای سبزرنگ به نام بیلی‌وردین تولید می‌کند. این ماده در بدن انسان نیز وجود دارد و افزایش غلظت آن می‌تواند در تغییر رنگ بافت‌ها نقش داشته باشد. برای مثال، بیلی‌وردین یکی از ترکیباتی است که در تغییر رنگ کبودی‌ها دیده می‌شود.
در بدن بیشتر مهره‌داران، بیلی‌وردین به‌سرعت به ترکیبات دیگری تبدیل می‌شود؛ اما مارمولک‌های گینه‌ی نو مقادیر بسیار زیادی از آن را در خون و بافت‌های خود انباشته می‌کنند. غلظت این رنگ‌دانه در بدن آن‌ها چنان زیاد می‌شود که رنگ سبز آن بر قرمزی هموگلوبین غلبه می‌کند. در نتیجه، خون جانور به‌جای قرمز، سبز دیده می‌شود.
تجمع مقدار زیادی رنگ‌دانه‌ی بیلی‌وردین در بدن برخی مارمولک‌های گینه‌ی نو باعث می‌شود خون آن‌ها به‌جای قرمز، سبز دیده شود
رنگ سبز خون البته همیشه از بیلی‌وردین ناشی نمی‌شود. برخی گونه‌های آب‌دزدک دریایی، جانورانی نرم‌تن و ساکن اقیانوس‌ها، خونی به رنگ زرد مایل به سبز دارند. دانشمندان هنوز درباره‌ی علت دقیق این رنگ به توافق نرسیده‌اند.
یکی از توضیح‌های احتمالی، تجمع عنصر وانادیوم در خون این جانوران است. فرضیه‌ی دیگری نیز به رژیم غذایی آن‌ها اشاره می‌کند. آب‌دزدک‌های دریایی از فیتوپلانکتون‌ها تغذیه می‌کنند و هنگام سوخت‌وساز این مواد غذایی، رنگ‌دانه‌هایی به نام کاروتنوئید تولید می‌شود که می‌توانند رنگ زرد، نارنجی یا قرمز داشته باشند.
شاید عجیب‌ترین نمونه‌ی خون در دنیای مهره‌داران متعلق به گروهی از ماهی‌های ساکن آب‌های یخ‌زده‌ی جنوبگان باشد. یخ‌ماهی‌های خانواده‌ی Channichthyidae تنها مهره‌داران شناخته‌شده‌ای هستند که نه گلبول قرمز دارند و نه هموگلوبین تولید می‌کنند. خون این ماهی‌ها به‌جای قرمز، تقریباً بی‌رنگ و نیمه‌شفاف است و ظاهری سفید و شیری دارد. جان پاستلث‌ویت، متخصص ژنتیک تکوینی دانشگاه اورگن، ظاهر این ماهی‌ها را شبیه موجودات روح‌مانند توصیف می‌کند.
اما پرسش مهم‌تری وجود دارد: چگونه جانوری بدون گلبول قرمز و هموگلوبین زنده می‌ماند؟
در بدن انسان، هموگلوبین بخش عمده‌ی اکسیژن موردنیاز بافت‌ها را جابه‌جا می‌کند؛ اما یخ‌ماهی‌ها به اکسیژنی متکی هستند که مستقیماً در پلاسمای خون حل می‌شود.
چند ویژگی به بقای این ماهی‌ها کمک می‌کند. آب‌های بسیار سرد جنوبگان می‌توانند مقدار زیادی اکسیژن محلول در خود نگه دارند. یخ‌ماهی‌ها همچنین در مقایسه با دیگر ماهی‌های این منطقه، قلب بزرگ‌تر و شبکه‌ی مویرگی گسترده‌تری دارند و می‌توانند حجم بیشتری از خون را در بدن به گردش درآورند.
شیوه‌ی شکار آن‌ها نیز با چنین دستگاه گردش خونی سازگار است. یخ‌ماهی‌ها به‌جای تعقیب سریع طعمه، اغلب در کمین می‌مانند و انرژی کمتری مصرف می‌کنند؛ بنابراین نیازشان به اکسیژن نیز کاهش می‌یابد.
یخ‌ماهی‌های جنوبگان تنها مهره‌داران شناخته‌شده‌ای هستند که بدون گلبول قرمز و هموگلوبین زندگی می‌کنند و خون تقریباً شفافی دارند
زندگی در آب‌های جنوبگان چالش دیگری هم دارد. به‌دلیل وجود نمک، آب دریا می‌تواند در دمای پایین‌تر از صفر درجه‌ی سانتی‌گراد همچنان مایع باقی بماند. یخ‌ماهی‌ها برای جلوگیری از یخ‌زدگی مایعات بدن خود، پروتئین‌های ضدیخ تولید می‌کنند که مانع رشد بلورهای یخ و آسیب به بافت‌ها می‌شوند.
با تمام این سازگاری‌ها، دانشمندان هنوز نمی‌دانند چرا اجداد یخ‌ماهی‌ها در جریان تکامل توانایی تولید هموگلوبین را از دست داده‌اند.
پاستلث‌ویت و همکارانش در پژوهشی ژنتیکی، ژنوم چندین گونه ماهی را بررسی کردند تا علت حذف ژن‌های مرتبط با تولید هموگلوبین را پیدا کنند. هنوز مشخص نیست که این ماهی‌ها ابتدا گلبول‌های قرمز خود را از دست داده‌اند یا توانایی تولید هموگلوبین را. یکی از فرضیه‌های پژوهشگران این است که فراوانی اکسیژن در آب‌های سرد اقیانوس جنوبی، وابستگی این ماهی‌ها به هموگلوبین را کاهش داده و زمینه را برای ازبین‌رفتن آن فراهم کرده است.
تفاوت خون جانوران فقط به رنگ آن محدود نمی‌شود. حتی در گونه‌هایی که خون قرمز دارند، هموگلوبین می‌تواند در پاسخ به شرایط محیطی دستخوش تغییرات چشمگیری شود.
هموگلوبین موش گوزنی برای اتصال قوی‌تر به اکسیژن تکامل یافته و به این جانور امکان می‌دهد در ارتفاعات بیش از چهار هزار متر زندگی کند
یکی از نمونه‌های جالب، جانورانی هستند که در ارتفاعات زندگی می‌کنند. هرچه از سطح دریا بالاتر می‌رویم، فشار اکسیژن کاهش می‌یابد و تأمین اکسیژن موردنیاز بافت‌ها دشوارتر می‌شود. بااین‌حال، بعضی جانوران توانسته‌اند خود را با چنین شرایطی سازگار کنند.
موش گوزنی یکی از این جانوران است. این موش کوچک می‌تواند در ارتفاعی نزدیک به ۴٬۳۰۰ متر از سطح دریا زندگی کند. در چنین ارتفاعی، بسیاری از انسان‌ها با علائم ارتفاع‌زدگی مواجه می‌شوند.
راز موفقیت موش گوزنی تا حدی در هموگلوبین خونش نهفته است. هموگلوبین این جانور در جریان تکامل تغییر کرده و می‌تواند با قدرت بیشتری به اکسیژن متصل شود. تغییرات مشابهی در هموگلوبین مرغ‌های مگس آند و برخی قورباغه‌های ساکن ارتفاعات نیز دیده می‌شود.
اما چنین سازگاری‌هایی همیشه بدون هزینه نیستند. زکری چیورون، بوم‌فیزیولوژیست دانشگاه مونتانا، توضیح می‌دهد که اتصال قوی‌تر هموگلوبین به اکسیژن، آزادشدن اکسیژن در بافت‌ها را دشوارتر می‌کند. به بیان ساده، موش گوزنی اکسیژن را بهتر جذب می‌کند، اما تحویل آن به سلول‌ها برایش سخت‌تر است.
این جانور برای جبران محدودیت یادشده، سازگاری‌های دیگری نیز پیدا کرده است؛ ازجمله تعداد بیشتر میتوکندری در رشته‌های عضلانی که به استفاده‌ی مؤثر از اکسیژن کمک می‌کنند.
مطالعه‌ی خون جانوران فقط برای شناخت تنوع زیستی اهمیت ندارد. پژوهشگران معتقدند بعضی از سازگاری‌های تکاملی می‌توانند سرنخ‌هایی برای درمان بیماری‌های انسانی فراهم کنند.
برای مثال، بررسی هموگلوبین موش‌های گوزنی که در ارتفاعات زندگی می‌کنند، ممکن است به توسعه‌ی روش‌هایی برای مقابله با کمبود اکسیژن در بدن کمک کند. چیورون معتقد است چنین پژوهش‌هایی می‌توانند برای بیماری‌هایی مانند بیماری مزمن انسدادی ریه (COPD) کاربرد داشته باشند.
از طرف دیگر، یخ‌ماهی‌های جنوبگان که بدون گلبول قرمز و هموگلوبین زندگی می‌کنند، نمونه‌ای کاملاً متفاوت از سازگاری دستگاه گردش خون را نشان می‌دهند.
با توجه به اینکه نزدیک به دو میلیارد نفر در جهان دچار کم‌خونی هستند، دانشمندان امیدوارند شناخت دقیق‌تر سازوکارهای فیزیولوژیکی این ماهی‌ها بتواند به یافتن راهکارهای درمانی جدید کمک کند؛ هرچند چنین کاربردهایی فعلاً در حد احتمال و مسیرهای پژوهشی هستند.
پاستلث‌ویت درباره‌ی توانایی غیرمعمول یخ‌ماهی‌ها برای زندگی بدون هموگلوبین می‌گوید: «واضح است که یخ‌ماهی‌ها راهش را پیدا کرده‌اند.»
تنوع رنگ و ترکیب خون در جانوران نشان می‌دهد که تکامل برای حل مسئله‌ای مشترک، یعنی رساندن اکسیژن به سلول‌ها، راه‌حل‌های بسیار متفاوتی پیدا کرده است. از پروتئین‌های حاوی مس در اختاپوس‌ها تا خون تقریباً شفاف یخ‌ماهی‌ها، هرکدام از این سازگاری‌ها بخشی از تاریخ تکاملی حیات روی زمین را آشکار می‌کنند.