التكافل الحيوي

تتضمن العديد من التجارب التكافلية منذ عام 1950 أبحاثًا تتعلق بعمليات الأيض. نُشرت إحدى هذه التجارب عام 1959 بواسطة جي آر هيرفي في مجلة علم وظائف الأعضاء . دعمت هذه التجربة نظرية مفادها أن تلف منطقة ما تحت المهاد ، وخاصة منطقة ما تحت المهاد البطنية الإنسية، يؤدي إلى السمنة الناتجة عن الإفراط في تناول الطعام. كانت فئران الدراسة من نفس البطن، والتي كانت مستعمرة مغلقة لعدة سنوات. لم يتجاوز الفرق في وزن الفأرين في كل زوج 3%. تم تزاوج الفئران عند بلوغها أربعة أسابيع من العمر. استُخدمت فئران غير متزاوجة كمجموعة ضابطة. تم ربط الفئران بثلاث طرق. في التجارب المبكرة، فُتحت تجاويف الصفاق ووُصلت بين الفأرين. في التجارب اللاحقة، ولتجنب خطر تشابك أمعاء الفأرين، أُجريت شقوق أصغر. بعد إجراء المزيد من التحسينات على الإجراء التجريبي، لم تُفتح تجاويف البطن، وتمّ ربط الفئران عند عظم الورك بأقل قدر من الجراحة. ولإثبات أن الحيوانين يتشاركان الدم، حقن الباحثون صبغة في أوردة أحد الفئران، فظهرت الصبغة في دم الفأر المتصل به.

في كل زوج، أصيب أحد الفئران بالسمنة المفرطة وظهرت عليه أعراض فرط الأكل . ازداد وزن الفأر المصاب بالآفة الجراحية بسرعة لعدة أشهر، ثم استقر كنتيجة مباشرة للعملية الجراحية. بعد العملية، أكل الفأر المصاب بخلل في منطقة ما تحت المهاد بشراهة، بينما انخفضت شهية الفأر المقابل له. أصبح الفأر المقابل نحيفًا بشكل ملحوظ طوال فترة التجربة، حتى أنه رفض الطعام عند تقديمه له. ^{[ 5 ] [ 6 ]}

حددت دراسات لاحقة عامل الشبع هذا على أنه هرمون اللبتين المشتق من الأنسجة الدهنية . وقد ثبت أن العديد من الهرمونات والمستقلبات ليست هي عامل الشبع الذي تسبب في موت أحد الفئران جوعًا في التجارب. بدا اللبتين مرشحًا محتملاً. ابتداءً من عام 1977، أعادت روث بي إس هاريس، وهي طالبة دراسات عليا تحت إشراف هيرفي، إجراء دراسات سابقة حول التكافل الحيوي في الفئران والجرذان. ونظرًا لاكتشاف اللبتين، قامت بتحليل تركيزاته في الفئران المشاركة في تجارب التكافل الحيوي. بعد حقن اللبتين في كل فأر سمين من كل زوج، وجدت أن اللبتين ينتشر بين الحيوانات المتصلة، لكن هذا الانتشار استغرق بعض الوقت للوصول إلى حالة التوازن. ونتيجةً للحقن، أدى فقدان الوزن شبه الفوري في أزواج التكافل الحيوي إلى زيادة التثبيط. فقد ما يقرب من 50-70% من الدهون في كل زوج. فقد الفأر السمين الدهون فقط، بينما فقد الفأر النحيف كتلة العضلات والدهون. خلص هاريس إلى أن مستويات اللبتين ترتفع لدى الحيوانات البدينة، ولكن قد تؤثر عليها عوامل أخرى أيضاً. كما تبين أن اللبتين يقلل من تخزين الدهون لدى كل من الحيوانات البدينة والنحيفة. ^{[ 4 ]}

شملت التجارب التكافلية المبكرة أبحاثًا حول السرطان. ففي دراسة نُشرت عام ١٩٦٦ من قِبل فريديل، تمّ فحص تأثير الإشعاع بالأشعة السينية على أورام المبيض. ولدراسة هذه الأورام، تمّ ربط أنثيين بالغتين من الفئران. وُضِعَت الفأرة اليسرى في مكان محمي، بينما عُرِّضت الفأرة اليمنى لمستويات عالية من الإشعاع. ووُضِعَت كمية مُحدَّدة من الطعام والماء للفئران. أظهرت ١٤٩ من أصل ٣٢٨ زوجًا من الفئران وجود أورام مبيض محتملة لدى الحيوانات المُعرَّضة للإشعاع، ولكن ليس لدى شريكاتها. وتطابقت هذه النتيجة مع دراسات سابقة أُجريت على فئران منفردة. ^{[ ٧ ]}

تُدرس الأمراض المزمنة المرتبطة بالشيخوخة من خلال دمج حيوان مسن مع حيوان أصغر سنًا. تُعرف هذه العملية باسم التكافل غير المتزامن، وقد استُخدمت في دراسات للتحقق من التغيرات المرتبطة بالعمر والمرض في تكوين الدم، وخاصة بروتينات البلازما . ^{[ 8 ]} يمكن استخدام هذه العملية في أبحاث أمراض القلب والأوعية الدموية، والسكري، والتهاب المفاصل، ومرض الزهايمر. مع تقدم الحيوانات في العمر، تقل كفاءة الخلايا الدبقية قليلة التغصن ، مما يؤدي إلى انخفاض التغليف المياليني ، مُسببًا آثارًا سلبية على الجهاز العصبي المركزي . استخدمت جوليا روك وزملاؤها الباحثون التكافل لدراسة إعادة التغليف المياليني من الخلايا الجذعية البالغة لمعرفة ما إذا كان دمج الفئران الصغيرة مع الفئران المسنة يُمكن أن يعكس هذه العملية أو يؤخرها. تم دمج الفأرين في التجربة، وتم تحفيز إزالة الميالين عن طريق الحقن في الفئران المسنة. أظهرت التجربة أن عوامل الفئران الأصغر سنًا عكست إزالة الميالين في الجهاز العصبي المركزي لدى الفئران المسنة عن طريق تنشيط الخلايا الدبقية قليلة التغصن. عززت الخلايا الوحيدة من الفئران الأصغر سنًا قدرة الفئران الأكبر سنًا على إزالة بقايا الميالين، لأن الخلايا الوحيدة الشابة قادرة على إزالة الدهون من أغلفة الميالين بكفاءة أعلى من الخلايا الوحيدة الأكبر سنًا. وقد أدى تزاوج الحيوانين إلى عكس تأثيرات التقدم في السن على خلايا الميالين، دون أن تتأثر قدرة خلايا الفأر الصغير. كما ساهمت المناعة المعززة من الفأر الصغير في تحسين الصحة العامة للفأر الأكبر سنًا في كل زوج. قد تُسهم نتائج هذه التجربة في تطوير علاجات للأشخاص المصابين بأمراض إزالة الميالين، مثل التصلب المتعدد. ^{[ 9 ] [ 3 ]}

أظهرت الدراسات التي استخدمت التكافل غير المتزامن أن تعريض الفئران المسنة لدم الفئران الشابة يمكن أن يعكس بعض التدهورات المرتبطة بالعمر في أنسجة متعددة، بما في ذلك الدماغ والكبد والقلب والعضلات الهيكلية. في المقابل، غالباً ما تظهر على الفئران الشابة التي تتعرض لدم الفئران المسنة علامات الشيخوخة المتسارعة.

• في دراسة رائدة، وجد فيليدا وآخرون (2011) أن الدم الشاب يحسن تكوين الخلايا العصبية واللدونة المشبكية في الفئران المسنة. ^{[ 10 ]}

• أظهرت دراسة لاحقة أجراها كونبوي وآخرون أن تأثيرات التجديد لا تتوسطها فقط العوامل المفيدة في دم الشباب، ولكن أيضًا عن طريق تخفيف أو كبح الإشارات المثبطة المرتبطة بالعمر. ^{[ 11 ]}

تستطيع مستعمرات النمل أن تتشارك أعشاشها مع أنواع أخرى من النمل لا تربطها بها صلة قرابة، بل وحتى مع أنواع أخرى غير النمل . لم يظهر بوضوح أي تشابه بينهما سوى في صيانة الأعشاش، حتى أنهما كانا يفصلان صغارهما، لذا كانت هذه الملاحظات مفاجئة للغاية؛ فمعظم أنواع النمل لا تتسامح مطلقًا مع المتطفلين، وعادةً ما يشمل ذلك حتى المتطفلين من نفس النوع.

في أوائل القرن العشرين ، صاغ أوغست هنري فوريل مصطلح "التكافل" لوصف هذه العلاقات، وقد تبناه لاحقًا علماء مثل ويليام مورتون ويلر . ^{[ 15 ] [ 16 ]} علاوة على ذلك، توجد أدلة على تقسيم مهام العمل بين النوعين في العش. ^{[ 17 ]} وقد تم تعديل التقارير المبكرة التي تفيد بأن مستعمرات النمل المتكافلة تتغذى وتبحث عن الطعام معًا بسلام، من خلال ملاحظات كشفت أن نملًا من نوع واحد في مثل هذه العلاقة يقوم بإزاحة أفراد النوع الآخر بقوة من الطعام المُقدم صناعيًا، بينما يستفيد أيضًا من خلال تتبع مسارات تجنيدهم إلى مصادر غذائية جديدة. ^{[ 16 ]} ويستفيد هذا النوع من الدفاع المشترك عن العش وصيانته حتى في حالة عدم وجود تعاون أو تفاعل مباشر بين المجموعتين المرتبطتين في العش. ^{[ 18 ]}