چگونه استرس پدر به فرزند منتقل می‌شود؟

پژوهشی جدید نشان می‌دهد که علت وارد شدن استرس پدر به فرزند آن است که اسپرم‌ها تجربه‌ی ناخوشایند پدر را طی روشی اسرارآمیز از تعاملات بین سلولی که در آن حباب‌های کوچکی (وزیکول‌ها) از یک سلول جدا شده و با سلول دیگر در‌می‌آمیزند، دریافت می‌کنند. این وزیکول‌ها در حالی که باری از پروتئین، چربی و اسیدهای نوکلئیک دارند، از یک سلول خارج شده و همچون یک مامور پست، این محموله را در بخش دیگری از بدن تحویل سلول‌ها می‌دهند. این وزیکول‌ها، وزیکول‌های خارج سلولی نامیده می‌شوند. ظاهرا محتویات این‌ها به‌دقت انتخاب می‌شود. تریسی بیل متخصص زیست‌شناسی عصبی از مدرسه‌ی پزشکی مریلند می‌گوید:

محموله‌ی درون وزیکول‌ها نه تنها مشخص‌کنند‌ه‌ی آن است که این بسته از کجا آمده بلکه اینکه به کجا می‌رود و هنگام رسیدن چه کاری باید انجام دهد، را نیز تعیین می‌کند.

پژوهش‌های اولیه‌ی بیل و همکارانش که اخیرا در نشست سالیانه‌ی انجمن علوم اعصاب در سندیگو ارائه شد، نشان می‌دهد که چگونه وزیکول‌های خارج سلولی می‌توانند مدارهای مغزی را تنظیم کنند و همچنین به تشخیص بیماری‌های نورودژنراتیو (تخریب‌کننده‌ی عصب) کمک کنند. علاوه بر این، این وزیکول‌ها با ایجاد تغییراتی در اسپرم روی سلامت مغزی فرزند حاصل تاثیر می‌گذارند و می‌توانند موجب ایجاد اختلال عصبی در او شوند.

شواهد اولیه در مورد اثبات اینکه شرایط روحی دشوار یک مرد بر فرزند او تاثیر می‌گذارد، از جنگی که اروپا بیش از یک قرن پیش تجربه کرد، می‌آید. در آن آزمایشاتی که انسان آن‌ را برنامه‌ریزی نکرده بود، سختی‌های طولانی‌مدت بار سنگینی از مشکلات سلامتی را بر نسل بعدی تحمیل کرد. پژوهشگران به‌منظور ردیابی چنین تغییراتی در سطوح سلولی، مجموعه آزمایش‌هایی روی موش انجام دادند. وارد کردن استرس به موش بسیار ساده است. گیر انداختن او در مجرای لوله‌مانندی که نتواند در آن حرکت کند، خیس کردن بستر او یا سروصدای ناگهانی موجب می‌شود که سطوح هورمون استرس در او بالا برود؛ چیزی شبیه همان حالتی که انسان در مواقعی که با مشکلات مالی و کاری رو‌به‌رو می‌شود، در بدن او اتفاق می‌افتد. اگر یک موش ماه‌ها قبل از لقاح هم دوره‌ی استرسی را تحمل کرده باشد، چگونگی پاسخ فیزیولوژیکی فرزند او نسبت به استرس، متفاوت خواهد شد. کریس مورگان می‌گوید:

توسعه‌ی مغز در این حالت نسبت به وضعیتی که استرسی در کار نباشد، متفاوت است.

و اما سوال مهم این است که چگونه اطلاعات مربوط به محیط پدری در هنگام لقاح وارد تخم می‌شود. مورگان می‌گوید پدر در آنجا فقط برای یک شب و شاید چند ساعت حضور داشته، آیا ممکن است که اسپرم‌های او خاطراتی از آسیب گذشته‌ی او به همراه داشته باشند؟ این ایده به‌نظر منطقی و در عین حال بحث‌برانگیز می‌رسد. جنیفر چان می‌گوید:

به‌علت اینکه DNA به‌طرز محکمی در هسته‌ی سلول اسپرم بسته‌بندی شده، در مورد اینکه این سلول بتواند در برابر چیزی که در محیط است، پاسخ دهد، جای تردید وجود دارد. در عوض باید نوع دیگری از سلول وجود داشته باشد که DNAی آن به تغییرات محیطی واکنش نشان دهد و آن سلول می‌تواند همانی باشد که اطلاعات را به سلول‌های اسپرم در زمان لقاح القا می‌کند.

چان با این تصور روی سلول‌هایی که با اسپرم‌های در حال رشد‌و‌نمو از طریق آزاد کردن ملکول‌هایی که به رشد و بلوغ اسپرم کمک می‌کنند، در تعامل بودند، تمرکز کرد. این سلول‌ها وزیکول‌های خارج سلولی را ترشح می‌کردند و چان نشان داد این وزیکول‌ها هستند که محتویات آن‌ها با سلول‌های اسپرم درهم می‌آمیزد و موجب القای خاطرات مربوط به استرس پدر به سلول‌ اسپرم می‌شوند. در یک مجموعه آزمایش، چان گروهی از موش‌های نر را تحت استرس قرار دارد و سپس به آن‌ها اجازه‌ی جفتگیری داد و پاسخ فیزیولوژیکی به استرس را در توله‌ها مورد بررسی قرار داد.

میکروRNAهای موجود در اسپرم mRNAی تخمک را مورد هدف قرار می‌دهند و روی رشد و نمو فرزند تاثیر می‌گذارند

نتیجه‌ی قاطع حاصل مجموعه‌ای از لقاح‌های داخل آزمایشگاهی بود. او اسپرم موش‌های نری که هیچ‌گونه استرسی را تجربه نکرده بودند، جمع‌آوری کرد. نیمی از اسپرم‌ها به‌همراه وزیکول‌هایی که قبلا در معرض هورمون‌های استرس قرار گرفته بودند، در ظرفی قرار داده شدند. نیم دیگر نیز به‌همراه وزیکول‌هایی که تماسی با هورمون‌های استرس نداشتد، در ظرف آزمایشگاهی دیگری گذاشته شدند. چان سلول‌های اسپرم هر دسته را به تخمک‌های موش ماده‌ای که تحت استرس قرار نگرفته بود، تزریق کرد. سپس تخم‌های بارورشده (زیگوت) را در بدن موش مادر قرار داد. توله‌های حاصل از زیگوت‌هایی که درگیر استرس نشده بودند، دارای رشد‌و‌نمو طبیعی بودند ولی توله‌های حاصل از زیگوت‌هایی که استرس را تجربه کرده بودند، همان پاسخ‌های استرس غیرطبیعی را که پدر آن‌ها در جریان استرس قبل از جفت‌گیری تجربه کرده بود، نشان دادند. بر این اساس می‌توان گفت که وزیکول‌های خارج سلولی همچون مجرایی برای انتقال سیگنال‌های استرس پدری به فرزندان عمل می‌کنند. رابرت ریسمن دانشمند عصب‌شناس دانشگاه کالیفرنیا می‌گوید:

این یافته‌ها جدید و البته تاثیرگذار هستند، به‌ویژه زمانی که ما تاثیر محیط‌های نظامی و دیگر محیط‌های کاری که همراه با استرس زیادی هستند، را در نظر بگیریم. من فکر می‌کنم که ما باید درک بهتری از میزان اختصاصی بودن این تاثیر و اینکه چگونه انواع مختلف عوامل استرس‌زا یا شدت استرس‌ها می‌توانند روی این سیستم تاثیر بگذارد، به دست آوریم.

مورگان در اولین گام به‌منظور ترجمه‌ی این یافته‌ها برای مردم، در حال همکاری با نیل اپرسون از دانشگاه پنسیلوانیا است تا بتوانند تغییرات ناشی از استرس را در پروتئین و RNAی نمونه‌های اسپرم انسان ردیابی کند. در نشست انجمن علوم اعصاب، مورگان داده‌های مربوط به یک مطالعه‌ی ۶ ماهه را که روی ۲۰ دانشجو انجام شده بود، ارائه داد. این شرکت‌کنندگان هر ماه برای اهدای اسپرم به آزمایشگاه می‌آمدند. دانشجویان در همان روز یک پرسشنامه در مورد میزان استرسی که احساس می‌کردند، پر کردند. داده‌های اولیه نشان می‌داد که طی چند ماه پس از اینکه یک دانشجو استرس را گزارش می‌کرد، اسپرم‌های او دچار تغییراتی در مناطق کوچک غیرکدکننده‌ی RNA (ملکول‌های RNA که به پروتئین ترجمه نمی‌شوند اما روشن یا خاموش شدن ژن‌ها را کنترل می‌کنند)، می‌شدند. پژوهشگران در حالی که در حال تجزیه‌و‌تحلیل اسپرم این گروه از مردان جوان سالم هستند، قصد دارند یک درک پایه‌ای از تغییرات ملکولی وابسته به استرس خفیف مثل آنچه در هنگام امتحانات پایان‌ترم پیش می‌آید، به‌دست آورند. بیل و همکارانش امیدوارند که در آینده بتوانند این نوسانات پایه‌ای را با تغییرات ایجادشده توسط استرس‌های شدید و طولانی‌مدتی که در زندگی پیش می‌آید یا با بیماری‌های عصبی نظیر اوتیسم و اسکیزوفرنی مقایسه کنند. گرلیند متز که در حال مطالعه‌ی توارت بین نسلی پاسخ‌های استرس در دانشگاه لزبریج در آلبرتا است و در این پژوهش مشارکتی نداشته، می‌گوید:

نشانه‌های ملکولی در وزیکول‌های خارج سلولی ممکن است بتوانند به پژوهشگران کمک کند تا راه‌های جدیدی برای تشخیص یا پیش‌بینی پیامدهای نامطلوب حاصل از استرس در فرزندان پیدا کنند. اگر چنین شود، وزیکول‌ها می‌توانند اساسی برای طراحی نوع جدیدی از آزمون‌های استرس باشند.