دانشمندان راز شگفت انگیزی را در پشت چین و چروک های مغز انسان کشف کردند

اکثر پستانداران دارای مغزهای نسبتا بزرگی هستند که در چین ها و شیارهای مشخصی پوشیده شده است. با این حال، مارموست های معمولی (Callithrix jacchus) یک استثنا غیرعادی هستند. این میمون‌های کوچک مغزهایی دارند که تقریبا کاملا صاف است و تاشو بسیار کمی دارد. دانشمندان مرکز نخستی‌های آلمان (DPZ)، موسسه تحقیقاتی لایب‌نیتس در گوتینگن، اکنون چندین فرآیند سلولی را شناسایی کرده‌اند که به توضیح این تفاوت کمک می‌کنند.

محققان با استفاده از ساختارهای مینیاتوری مغز موسوم به ارگانوئیدها کشف کردند که سلول های پیش ساز عصبی خاصی که نورون ها را تولید می کنند، در مارموست ها متفاوت از انسان رشد می کنند. این تفاوت ها شامل ساختار سلول ها، سرعت تقسیم آنها و زمان رشد آنها می شود. این تغییرات با هم تعداد نورون های تولید شده را کاهش می دهد و به اندازه کوچکتر و سطح صاف تر مغز مارموست کمک می کند.

این یافته ها که در Science Advances منتشر شده است، بینش جدیدی در مورد تکامل مغز پستانداران ارائه می دهد و در نهایت می تواند درک ما را از اختلالات رشد مغز انسان بهبود بخشد.

چرا مغز برخی از پستانداران به جای تاخوردگی صاف است؟

اندازه مغز و میزان چین خوردگی سطح ویژگی های مهمی است که گونه های مختلف نخستی را متمایز می کند. به عنوان مثال، مغز انسان دارای سطح بسیار چین خورده ای است که شبیه برجستگی ها و شیارهای یک گردو است. این آرایش سطح مغز را تا حد زیادی گسترش می‌دهد و فضایی را برای میلیاردها نورون ایجاد می‌کند که از تفکر پیچیده و سایر توانایی‌های ذهنی پیشرفته پشتیبانی می‌کنند.

دانشمندان بر این باورند که جد مشترک نخستی‌های مدرن قبلا دارای مغزی با اندازه متوسط ​​با حداقل مقداری تاخوردگی بوده است. با این حال همه نخستی‌های امروزی این ویژگی‌ها را حفظ نمی‌کنند.

مارموست‌های معمولی (Callithrix jacchus)، میمون‌های کوچک بومی آمریکای جنوبی که اهمیت فزاینده‌ای در تحقیقات زیست‌پزشکی پیدا می‌کنند، مغزی تقریبا بدون چین‌خوردگی دارند. محققان مرکز نخستی‌های آلمانی تصمیم گرفتند تا مشخص کنند که چرا مغز آن‌ها متفاوت از مغز انسان‌ها و دیگر پستانداران است.

Lidiia Tynianskaia، یکی از دو نویسنده اول این مطالعه و دانشجوی دکترا در گروه تحقیقاتی جوان توسعه و تکامل مغز در DPZ توضیح می‌دهد: «ما می‌خواستیم بفهمیم که کدام تغییرات در سطح سلولی باعث می‌شود که مغز مارموست کمتر رشد کند و چین‌های کمتری تشکیل دهد. "در ابتدای رشد، مغز مارموست معمولی ساختار و ترکیب معمولی مغز پستانداران بزرگ و چین خورده را نشان می دهد. بنابراین با پیشرفت رشد، فرآیندهایی باید رخ دهند که به طور موثری تولید سلول های عصبی را کند می کنند."

برای بررسی این تفاوت‌های رشدی، تیم ارگانوئیدهای مغزی رشد یافته از سلول‌های انسان و مارموزت را مقایسه کردند. توجه آنها بر روی سلول های پیش ساز عصبی متمرکز بود، سلول هایی که مسئول تولید نورون ها در طول رشد مغز هستند.

این سلول های پیش ساز نقش عمده ای در تعیین اندازه و شکل نهایی مغز دارند. هر چه نورون های بیشتری تولید کنند، پتانسیل بیشتری برای انبساط و توسعه چین های قشر مغز دارند.

محققان دریافتند که قشر مغز کوچکتر و صاف تر مارموست نتیجه یک تغییر تکوینی نیست. در عوض، چندین تفاوت مربوط به انواع متمایز سلول های پیش ساز با هم کار می کنند تا تولید نورون و چین خوردگی مغز را محدود کنند.

سزار ماتئو باستیداس بتانکور، همچنین نویسنده اول این مطالعه و دانشجوی دکترا در گروه تحقیقاتی جوان، توضیح می‌دهد: «تحقیقات ما نشان داده است که سلول‌های پیش‌ساز خاصی در مارموست معمولی به طور قابل توجهی کندتر از انسان تقسیم می‌شوند.» "سایر سلول های پیش ساز ساختار ساده تری نسبت به همتایان انسانی خود دارند، با فرآیندهای کمتر، و بنابراین تکثیر کمتری دارند. هر دوی این عوامل در نهایت منجر به سلول های عصبی کمتری می شوند که به اندازه کوچکتر و چین خوردگی کمتر قشر مغز در مارموست ها کمک می کند."

دانشمندان همچنین تفاوت‌های مهمی را در زمانی که ویژگی‌ها و رفتارهای سلول‌های پیش‌ساز در طول رشد ظاهر می‌شوند، شناسایی کردند. در مقایسه با انسان، مارموست ها دوره کلی کوتاه تری دارند که طی آن این سلول ها می توانند به سرعت تکثیر شوند.

سرعت پایین‌تر تقسیم سلولی، ساختارهای سلولی ساده‌تر و پنجره کوتاه‌تر برای رشد سریع، به توضیح اینکه چرا مغز مارموست نورون‌های کمتری تولید می‌کند و چین‌های بسیار کمتری ایجاد می‌کند، کمک می‌کند.

مغزهای مینیاتوری سرنخ های مهم رشدی را آشکار می کنند

بسیاری از تحقیقات بر روی ارگانوئیدهای مغز، ساختارهای کوچک و سه بعدی رشد یافته از سلول هایی که ویژگی های مهم رشد اولیه مغز را بازتولید می کنند، متکی بود. این مدل‌های مینیاتوری به دانشمندان این امکان را می‌داد تا تغییرات رشد را در چندین نمونه بررسی کنند و زمان‌بندی فرآیندهای کلیدی را با هم مقایسه کنند.

مایکل هاید، رئیس گروه تحقیقاتی Junior Brain Development and Evolution می گوید: «این مطالعه مزایای روش های in vivo و in vitro را ترکیب می کند. "ارگانوئیدها برای به دست آوردن نتایج آماری قوی مناسب هستند زیرا چنین اندازه های نمونه در پستانداران امکان پذیر نیست. ما متعاقبا برخی از آزمایش های کلیدی را در بافت مغز جنین تکرار کردیم تا نتایج ارگانوئیدها را تایید کنیم."

یکی از یافته های مهم مربوط به رابطه بین رشد در ارگانوئیدها و رشد در مغز مارموست واقعی است. محققان دریافتند که یک ارگانوئید مغز مارموست که به مدت 50 روز رشد می کند، با مرحله رشد مغز مارموست طبیعی در روز 90 مطابقت دارد.

ایجاد این رابطه ضروری بود زیرا ارگانوئیدهای مغز و مغزهای واقعی لزوما با سرعت یکسانی رشد نمی کنند. با شناسایی مراحل رشد مربوطه، دانشمندان می‌توانند مقایسه‌های معناداری انجام دهند و یافته‌های تجربی خود را با اطمینان بیشتری تفسیر کنند.

آنچه که مغز میمون های صاف درباره تکامل مغز انسان آشکار می کند

این یافته‌ها به توضیح اینکه چگونه تفاوت‌های نسبتا کوچک در رفتار و زمان‌بندی رشد سلول‌های سازنده مغز می‌تواند به تفاوت‌های عمده در اندازه و چین خوردگی مغز در میان پستانداران کمک کند، کمک می‌کند.

آنها همچنین توضیحی بالقوه برای چگونگی ظهور طیف گسترده‌ای از شکل‌ها و اندازه‌های مغز پستانداران در طول زمان تکامل ارائه می‌کنند، از جمله اینکه چرا برخی از گونه‌ها مغزهای نسبتا صافی داشتند در حالی که برخی دیگر دارای مغزهای بسیار بزرگ‌تر و به شدت چین‌خورده هستند.

این اکتشافات فراتر از اهمیت تکاملی خود، پایه ای برای بررسی چگونگی رشد مغز انسان و چه اتفاقی در زمانی که این فرآیندها مختل می شوند، فراهم می کند. درک بهتر مکانیسم‌های سلولی که تولید نورون و رشد مغز را کنترل می‌کنند، در نهایت می‌تواند به محققان در مطالعه اختلالات رشدی مؤثر بر مغز انسان کمک کند.

مواد ارائه شده توسط Deutsches Primatenzentrum (DPZ)/مرکز پستانداران آلمانی. توجه: محتوا ممکن است برای سبک و طول ویرایش شود.

دانشمندان یک علامت هشدار دهنده اولیه بالقوه آلزایمر را در بزرگسالان 45 ساله کشف کردند.

خوردن میان وعده در اواخر شب می تواند کبد شما را در معرض خطر قرار دهد

دانشمندان می گویند یک آزمایش خون ساده می تواند افسردگی را آشکار کند

40 سال علم ابررساناها توسط یک کشف خیره کننده وارونه شد