ما هو الغرض من الميلانين؟

الميلانين هو اسم الصبغة البيولوجية التي تحدد اللون العام للجلد والشعر عند الإنسان. أشكال الميلانين هي المسؤولة عن التلوين في جميع أنحاء عالم الحيوان. على سبيل المثال ، ينتج تلوين الجناح في الطيور عن طريق الميلانين. بالإضافة إلى ذلك ، يمكن للخلايا التي تنتج الميلانين ، والتي تسمى الخلايا الصباغية ، أن تزيد أو تنقص مستويات الميلانين لديها الإنتاج استجابة للتغيرات في البيئة الخارجية (على سبيل المثال ، زيادة أو نقصان في الشمس مكشوف).

على الرغم من أن الميلانين لا يزال معروفًا بشكل رئيسي لدوره في علم وظائف الأعضاء ، فقد بدأ الباحثون في التحقيق في المادة ومشتقاتها لتحديد ما إذا كان الميلانين قد يكون له تطبيقات في مجموعة متنوعة الصناعات.

يتم إنتاج الميلانين عن طريق الخلايا الصباغية في البشرة ، أو الطبقة الخارجية من الجلد (تسمى الطبقة الأكثر سمكًا والأكثر صلابة تحتها الأدمة). تقع هذه الخلايا الصباغية في الطبقة السفلى من البشرة ، وتسمى الطبقة القاعدية أو "الطبقة القاعدية". يأتي الميلانين في عدة أنواع فرعية ، وأكثرها شيوعًا هو الإيوميلانين والنوع الثانوي المعروف باسم فيوميلانين.

الميلانين مادة كيميائية ذات كتلة جزيئية منخفضة نسبيًا (318.3 جم / مول ، أقل من ضعف كتلة الجلوكوز). صيغته الجزيئية هي C

عند الفحص المجهري ، يظهر الإيوميلانين بني اللون ، مع مظهر ناعم الحبيبات. لا تشتت المادة الضوء بدرجة ملحوظة ، كما يتوقع المرء من شيء يبدو مظلمًا. يبلغ الحد الأقصى لقطر حبيبات الميلانين الفردية حوالي 800 نانومتر ، أو أقل بقليل من جزء من المليون من المتر (يساوي واحدًا على الألف من المليمتر). هذا يميز الميلانين عن بعض المستقلبات الشائعة للأصباغ في الدم ، والتي تميل إلى أن تكون أكبر وينثر الضوء أكثر ، ويكون لونه أخضر أو ​​أصفر أو أحمر-بني على عكس اللون البني العادي الميلانين.

غرض الميلانين لا علاقة له بالغرور البشري وكل شيء له علاقة بحماية الكائن الحي. الأشعة فوق البنفسجية من الشمس هي مادة مسرطنة معروفة ، وفي حالات التعرض العالية بما يكفي يمكن أن تؤدي إلى عدد من الأنواع ذات الصلة من سرطان الجلد ، وهي أورام خبيثة في الجلد. يمكن أن تكون الأورام الميلانينية قاتلة. من بين حوالي 54000 أمريكي تم تشخيص إصابتهم بسرطان الجلد كل عام ، يموت حوالي 8000 بسببه. يبلغ خطر الإصابة بسرطان الجلد الخبيث بين الأشخاص من أصل أوروبي 10 أضعاف خطر الإصابة بسرطان الجلد لدى الأمريكيين من أصل أفريقي.

بعض الناس والحيوانات لديهم القليل جدًا من الميلانين في أجسامهم على الإطلاق. تُعرف هذه الحالة بالمهق ، وتؤدي إلى أن يصبح الأشخاص المصابون أكثر عرضة للتلف الناتج عن أشعة الشمس فوق البنفسجية.

عندما يتم إنتاج الميلانين في الخلايا الصباغية ، يتم تعبئة هذا الصباغ في حبيبات ، على عكس الطريقة التي يتم بها تعبئة صبغة الكلوروفيل الخضراء في "حاويات" متخصصة داخل الخلايا في النباتات. عندما يحفزه ضوء الأشعة فوق البنفسجية ، يزداد مستواه الإجمالي في معظم أنحاء العالم في أوقات معينة من العام بينما يتناقص في والبعض الآخر ، تنتج الخلايا الصباغية حبيبات أكبر وأكبر ، مما يسمح لبشرة الناس بالتكيف على مدار الصيف وتصبح "سمراء". مثل لوحظ ، مع ذلك ، في بعض الأشخاص تكون هذه القدرة محدودة وراثيًا وفي بعض الحالات تكاد تكون غائبة ، بينما في أشخاص آخرين تكون في الأساس لا لزوم لها. لا شك أنك رأيت أشخاصًا معروفين بأنهم معرضون لحروق الشمس ، وربما يكونون كذلك: أشخاص يوصفون بأنهم "ذوو بشرة فاتحة" وغالبًا ما ينمشون بظل شعر أحمر. هؤلاء الأفراد كمجموعة لديهم الدفاعات الأقل فاعلية ضد الأشعة فوق البنفسجية وينصحون بخصوصية الإصرار على تجنب الخروج في الشمس بدون واقي من الشمس ، والذي يمكن أن يزيل الأشعة فوق البنفسجية الضارة إلى حد كبير مدى.

في حين أن القليل من الميلانين في الجلد يمكن أن يعرض الأفراد لخطر الإصابة بحروق الشمس والجلد الأورام الخبيثة ، قد يكون الأشخاص الذين لديهم مستويات عالية بشكل غير عادي من الميلانين في الجسم عرضة لفيتامين د نقص. وذلك لأن المصدر الرئيسي لهذا الفيتامين في الجسم هو في الواقع مقدمة طبيعية لفيتامين د الذي يتم تحويله إلى الشكل النشط للفيتامين تحت تأثير أشعة الشمس. نظرًا لأن الأسطح الداكنة تميل إلى عكس الأشعة فوق البنفسجية بدلاً من امتصاصها ، فإن الأشخاص ذوي البشرة الداكنة يمتصون جزءًا أصغر من الأشعة فوق البنفسجية التي يتعرضون لها أكثر من غيرهم. بمعنى ما ، يمثل هذا واحدًا من المقايضات التطورية التي لا حصر لها والتي يتم عرضها في عالم الكائنات الحية.

عندما انتقل أحفاد الإنسان الحديث لأول مرة إلى المساحات المفتوحة من تحت غطاء الأشجار للبحث عن الماء ، عرّضوا أنفسهم لمزيد من ضوء الشمس. في هذه العملية ، من الواضح أنه كان عليهم أن يكونوا قادرين على تحمل ليس فقط المزيد من الضوء ، ولكن الحرارة الإضافية المصاحبة له. من أجل الحفاظ على البرودة في سياق التعرض لأشعة الشمس بشكل أكبر ، كان هذا يعني القدرة على التعرق بغزارة وفعالية أكبر. لتنظيف الجلد بكثافة أعلى من الغدد العرقية ، يجب أن يزيل شيء آخر ، وهذا "الشيء" هو الشعر. من الواضح أن البشر لا يزال لديهم شعر على أذرعهم وأرجلهم وجذوعهم (بعضها أكثر بكثير من البعض الآخر) ولكن بالمقارنة مع القردة الأخرى ، فقد البشر جميع شعر أجسامهم تقريبًا. ونتيجة لذلك ، أصبح الجلد الجديد الذي أصبح قادرًا على التعرق عند البشر الأوائل أكثر عرضة للتلف من الشمس. وقد أدى هذا بدوره إلى زيادة رواسب حبيبات الميلانين التي لوحظت الآن عند خطوط العرض الاستوائية.

تم ذكر نقص فيتامين د كنتيجة غير مرغوب فيها لزيادة الميلانين في الجلد. فيتامين د مطلوب للأمعاء لامتصاص عناصر الكالسيوم والفوسفور بكفاءة. كلاهما مطلوب للنمو السليم وصيانة العظام. على الرغم من أنه يمكن الحصول على بعض فيتامين د من مصادر غذائية مثل صفار البيض وبعض الأسماك ، إلا أن 90٪ منه يتم تصنيعه في الجلد من مشتقات الكوليسترول. لذلك فإن فيتامين د ليس ضروريًا فقط لسلامة الهيكل العظمي ، بل قد يكون مفيدًا أيضًا في الوقاية من بعض أشكال السرطان.

في عام 2017 ، تلقت مجموعة من العلماء في جامعة كاليفورنيا في سان دييغو منحة بقيمة 7.5 مليون دولار لدراسة الاستخدامات المحتملة للميلانين التي تم التنظير بشأنها ولكن لم يتم اتباعها رسميًا. كان العلماء المشاركون في المشروع يأملون في معرفة تسلسل التفاعلات التي ينطوي عليها تخليق الميلانين بمستوى أعمق مما كان متابعًا سابقًا ، وكذلك فهم المزيد عن الأنواع المختلفة من الميلانين نفسها على أمل متابعة تخليق المواد الكيميائية ذات الصلة ببعض القدرات الوقائية المعروفة يحتوي الميلانين. القدرة على تقديم بعض المواد غير البيولوجية لنفس الحماية الأساسية من أضرار أشعة الشمس التي يمنحها الميلانين للكائنات الحية سيكون من الواضح أن أحد الأصول في أنواع مختلفة من الصناعات ، حيث أن الأضرار الشمسية للطلاء والخدمات المختلفة شبه عالمية الاهتمام.