تکامل راه دیگری برای ساختن مغز پستانداران پیدا کرد

ویرایش شده توسط گابی کلارک، بررسی توسط رابرت ایگان

این مقاله با توجه به روند و سیاست های ویرایشی Science X بررسی شده است. ویراستاران ضمن اطمینان از اعتبار محتوا، ویژگی های زیر را برجسته کرده اند:

چه چیزی مغز انسان را بسیار بزرگتر و پیچیده تر از مغز بسیاری از پستانداران دیگر می کند؟ دانشمندان مدت‌هاست که به دنبال سرنخ‌هایی در DNA ما بوده‌اند. برخی اکتشافات نشان می دهد که چگونه تغییرات ژنتیکی مغز در حال رشد را قادر می سازد تا سلول های بیشتری تولید کند. برخی دیگر به توضیح اینکه این سلول ها تا چه مدت می توانند به تکثیر ادامه دهند کمک می کنند.

اکنون، محققان در تایوان و ژاپن قطعه دیگری از پازل تکاملی را کشف کرده‌اند: تکامل ممکن است دستورالعمل‌هایی را که تعیین می‌کنند نوع سلول‌های سازنده مغز تولید می‌شوند، تغییر داده باشد. این تحقیق در مجله Science Advances منتشر شده است.

این مطالعه که توسط محققان دانشگاه ملی یانگ مینگ چیائو تونگ (NYCU) و Academia Sinica به همراه همکاران دانشگاه کیوتو هدایت می شود، منطقه کوچکی از DNA را شناسایی می کند که به کنترل تولید سلول های بنیادی عصبی تخصصی کمک می کند. یافته‌ها نشان می‌دهند که تکامل می‌تواند فرصت‌های رشد جدیدی را بدون ایجاد ژن‌های کاملا جدید ایجاد کند.

مغز در حال توسعه را به عنوان یک کارخانه تصور کنید. کارگران آن سلول های بنیادی عصبی هستند که سلول هایی را تولید می کنند که در نهایت مغز را می سازند. تکامل می تواند این کارخانه را از چند طریق تغییر دهد: می تواند نیروی کار را افزایش دهد، ساعات تولید را افزایش دهد یا دستورالعمل های عملیاتی را تغییر دهد تا ترکیب متفاوتی از کارگران تولید کند.

تحقیق جدید شواهدی را برای این احتمال سوم ارائه می دهد.

این تیم بر روی یک نوع تخصصی از سلول های بنیادی عصبی به نام گلیای شعاعی بازال یا bRG تمرکز کردند. این سلول ها به ویژه در مغز پستانداران در حال رشد فراوان هستند اما در موش ها نسبتا نادر هستند. bRG ها می توانند به طور مکرر تقسیم شوند و جمعیت سلول هایی را که قشر مغز مغز را تولید می کنند - لایه بیرونی آن که در ادراک، زبان، حافظه و سایر عملکردهای پیچیده دخیل است، گسترش دهند. آنها همچنین به تولید سلول های عصبی کمک می کنند که در قسمت های مختلف قشر مغز ارتباط برقرار می کنند.

پروفسور پی شان هو در مؤسسه آناتومی و زیست شناسی سلولی، NYCU، تای توضیح داد: "آنچه ما را علاقه مند کرد این بود که این ژن در حال حاضر هم در انسان و هم در موش وجود دارد. تفاوت مهم ممکن است خود ژن نباشد، بلکه دستورالعمل هایی است که نحوه استفاده از آن در طول رشد مغز را کنترل می کند. این به ما راه دیگری می دهد تا بفهمیم چگونه تکامل می تواند انواع مختلف مغز را تولید کند."

محققان ژن DACH1 را مورد مطالعه قرار دادند، ژن مشترک بین انسان، میمون و موش. آنها کشف کردند که یک ناحیه تنظیم کننده DNA کوچک مانند یک سوئیچ ژنتیکی عمل می کند و به کنترل فعالیت DACH1 کمک می کند. یکی از ویژگی های این منطقه در میان پستانداران مشترک است اما در مهره داران غیر نخستی متفاوت است.

با بازگشت به قیاس کارخانه، ماشین آلات از قبل در محل قرار داشتند. به نظر می رسد که Evolution بخشی از کتابچه راهنمای عملیات خود را اصلاح کرده است.

برای آزمایش اهمیت این تغییر، این تیم از سلول های بنیادی برای رشد مدل های کوچک و سه بعدی از قشر مغز در حال رشد انسان و میمون های رزوس در آزمایشگاه استفاده کردند. این ساختارهای مغز مانند که به عنوان ارگانوئیدهای قشری شناخته می‌شوند، برخی از ویژگی‌های رشد اولیه مغز را بازتولید می‌کنند و به دانشمندان اجازه می‌دهند فرآیندهای رشد اولیه را که بررسی مستقیم در انسان دشوار است، مطالعه کنند و بررسی کنند که چگونه این فرآیندها ممکن است در طول تکامل تغییر کرده باشند.

هنگامی که محققان ناحیه تنظیم کننده DNA را حذف کردند، ارگانوئیدها سلول های کمتری با یک نشانگر کلیدی bRG تولید کردند، در حالی که سایر جمعیت های مهم پیش ساز عصبی تا حد زیادی بدون تغییر باقی ماندند. سپس این تیم عنصر DNA تنظیم کننده انسان را به مغز موش در حال رشد معرفی کرد و تعداد سلول های دارای ویژگی های مرتبط با bRG را افزایش داد. این آزمایش‌ها با هم نشان می‌دهند که تغییرات در دستورالعمل‌های ژنتیکی می‌تواند بر روی انواع پیش‌سازهای عصبی در مغز تأثیر بگذارد.

این تیم همچنین بررسی کردند که وقتی DACH1 خود فعال تر شد چه اتفاقی افتاد. محققان با استفاده از تصویربرداری زنده از بافت مغز در حال رشد موش، سلول‌های بنیادی عصبی را در حین تقسیم و تولید سلول‌های دختر دنبال کردند. افزایش تجربی فعالیت DACH1، نسبت سلول‌های دختری را که به سلول‌های شبه bRG تبدیل شده‌اند، از تقریبا 4 درصد به نزدیک به 15 درصد افزایش داد.

محققان همچنین تغییراتی را در تعادل انواع سلول های عصبی در حال رشد، از جمله سلول های مرتبط با اتصالات بین دو نیمکره مغز مشاهده کردند. آزمایش‌های بیشتر به توضیح نحوه عملکرد DACH1 کمک کرد: این سیگنال مولکولی دیگری را که در توسعه سلول‌های بنیادی عصبی دخیل است سرکوب می‌کند. این یافته ها تفاوت تکاملی در تنظیم DNA را به تغییرات در رفتار سلول های مغزی در حال رشد مرتبط می کند.

در حالی که یافته‌ها مستقیما تکامل هوش را توضیح نمی‌دهند، روش دیگری را نشان می‌دهند که تکامل ممکن است مغز نخستی‌ها را شکل داده باشد. پیچیدگی مغز نه تنها به تعداد سلول های تولید شده، بلکه به انواع سلول های تشکیل شده و نحوه اتصال آنها نیز بستگی دارد.

این کشف به یک سوال علمی گسترده‌تر اشاره می‌کند: اگر تکامل بتواند دستورالعمل‌هایی را که یک ژن موجود را کنترل می‌کند تغییر دهد، چند ژن دیگر نقش‌های تنظیم‌کننده جدیدی را بر عهده گرفته‌اند؟ و چگونه این دستورالعمل های مختلف با هم در هنگام رشد مغز کار می کنند؟

درک این هماهنگی می‌تواند به دانشمندان کمک کند تا توضیح دهند که چگونه تغییرات در تولید سلول، زمان‌بندی رشد و هویت سلولی، تکامل معماری مغز پستانداران را شکل داده است. همچنین ممکن است مدل‌های آزمایشگاهی را برای مطالعه رشد طبیعی و مختل مغز بهبود بخشد، اگرچه کاربردهای پزشکی همچنان یک امکان برای آینده است.

این مطالعه یک قطعه جدید از یک پازل بسیار بزرگتر را ارائه می دهد. تکامل ممکن است مغز انسان را نه تنها با تغییر تعداد سلول‌هایی که تولید می‌کند، بلکه با تغییر دستورالعمل‌هایی که تعیین می‌کنند نوع سلول‌هایی ساخته می‌شوند، شکل داده باشد.

Pei-Shan Hou و همکاران، یک نوآوری نظارتی LHX2-DACH1 باعث گسترش اجداد پایه در نئوکورتکس پستانداران می شود، Science Advances (2026). DOI: 10.1126/sciadv.aed3856. www.science.org/doi/10.1126/sciadv.aed3856

ارائه شده توسط دانشگاه ملی یانگ مینگ چیائو تونگ

کارشناسی ارشد زبان انگلیسی، ویرایشگر کپی از سال 2021 با تجربه در آموزش عالی و محتوای بهداشتی. تقدیم به اخبار معتبر علمی. نمایه کامل →

لیسانس زیست شناسی ریاضی، کارشناسی ارشد در نوشتن خلاق. خوش سفر با دیدگاه های منحصر به فرد در علم و زبان. نمایه کامل →