مغز ما اندامی است که بیش از هر چیز دیگر ما را از سایر پستانداران اولیه متمایز می‌کند. اندازه بزرگ، پیچیدگی و قابلیت‌های آن از هر گونه دیگری روی سیاره ما فراتر است.
با این حال، ما تا ۹۵ درصد از ژنوم خود را با شامپانزه‌ها، نزدیک‌ترین خویشاوندان زنده‌مان، به اشتراک می‌گذاریم. بنابراین چگونه ممکن است گونه‌هایی با این میزان نزدیکی ژنتیکی، تفاوت‌های چشمگیری در عملکرد مغزی نشان دهند؟
به نظر می‌رسد نوع خاصی از سلول‌های مغزی می‌تواند کلید این معما باشد، طبق مطالعه‌ای به سرپرستی پروفسور سوجین یی از دانشگاه کالیفرنیا، سانتا باربارا. این پژوهش با همکاری محققان مؤسسه تحقیقات پزشکی بیمارستان دل مار در بارسلونا انجام شد.
یافته‌ها نشان می‌دهد که اگرچه انسان‌ها و شامپانزه‌ها بسیاری از ژن‌های مشابه را دارند، تغییرات در فعالیت ژن‌ها می‌تواند ویژگی‌های منحصربه‌فرد مغز انسان را توضیح دهد.
تمرکز بر بیان ژن
محققان مدت‌هاست می‌دانند که ژن‌ها به عنوان طرح کلی یک موجود زنده عمل می‌کنند، اما فرایندهای زیستی واقعی به این بستگی دارد که این ژن‌ها چگونه، چه زمانی و تا چه حد فعال شوند یا غیرفعال بمانند.
دانشمندان این فرایند را با اندازه‌گیری RNA پیام‌رسان (mRNA)، مولکولی که دستورالعمل ژن را به ماشین‌های سلولی منتقل می‌کند، بررسی می‌کنند.
در گذشته، محققان با مقایسه ژنوم انسان و شامپانزه تصور می‌کردند که تفاوت‌ها در خود ژن‌ها نهفته است.
اما با وجود شباهت ژنتیکی بیش از ۹۰ درصد، این توضیح به تنهایی کافی نبود. به جای آن، بیان ژن – یعنی مقدار mRNA تولیدشده – به نظر می‌رسد عامل کلیدی در توضیح تفاوت چشمگیر مغز انسان با خویشاوندان پستاندار اولیه باشد.
بیان ژن و تکامل مغز
شواهد فزاینده‌ای وجود دارد که حتی تغییرات کوچک در نحوه تنظیم ژن‌ها می‌تواند به تغییرات قابل‌توجه در آناتومی و رفتار منجر شود. پروفسور یی اظهار داشت: «تفاوت در بیان ژن، واقعاً نحوه تکامل مغز انسان را توضیح می‌دهد.»
پژوهشگران به دنبال شناسایی دقیق ژن‌هایی بودند که در انواع خاصی از سلول‌های مغزی ممکن است تفاوت‌های قابل‌توجهی در بیان میان انسان‌ها، شامپانزه‌ها و سایر پستانداران اولیه نشان دهند.
تا همین اواخر، دانشمندان معمولاً بیان ژن را با نمونه‌برداری از بافت‌هایی که شامل مخلوطی از انواع سلول‌ها بودند مطالعه می‌کردند. این رویکرد تعیین الگوهای منحصربه‌فرد فعالیت در کلاس‌های مختلف سلول‌های مغزی را دشوار می‌کرد.
در این مطالعه جدید، تیم تحقیقاتی با استفاده از تکنیک‌های مدرن که قادر به تجزیه و تحلیل هسته‌های سلول‌های منفرد هستند، این چالش را حل کردند. با جداسازی و تعیین توالی محتوای ژنتیکی سلول‌های مغزی منفرد، محققان توانستند آن‌ها را بر اساس نوع سلول دسته‌بندی کرده و سپس سطح بیان ژن را اندازه‌گیری کنند.
انواع مختلف سلول‌ها در میان پستانداران اولیه
تمرکز بر جمعیت‌های خاص سلولی جزئیات زیادی را درباره نحوه تغییر فعالیت ژن در مناطق و انواع سلول‌های خاص مغز میان پستانداران اولیه آشکار کرد.
داده‌های به‌دست‌آمده از انسان‌ها، شامپانزه‌ها و ماکاک‌ها نشان داد که بسیاری از ژن‌ها الگوهای بیان مشترکی دارند، اما انسان‌ها اغلب بیان بالاتری را نشان می‌دهند.
برخی از انواع سلول‌ها، مانند آن‌هایی که به فرایندهای حیاتی شناختی مرتبط هستند، در انسان‌ها نسبت به سایر پستانداران اولیه افزایش بیان چشمگیری دارند.
سلول‌های گلیال و گسترش مغز
اگرچه در بحث توانایی‌های مغز انسان، معمولاً توجه زیادی به نورون‌ها می‌شود، این مطالعه نشان می‌دهد که سلول‌های گلیال – سلول‌های غیرویرونی که ساختار، عایق و سایر عملکردهای حیاتی را فراهم می‌کنند – نیز ممکن است نقش مهمی در تمایز مغز انسان از خویشاوندان اولیه داشته باشند.
به طور کلی، مغز انسان نسبت بالاتری از سلول‌های گلیال به نورون‌ها دارد در مقایسه با مغز شامپانزه‌ها، که این مسئله می‌تواند به توانایی‌های شناختی پیشرفته‌تر کمک کند.
یکی از زیرمجموعه‌های قابل توجه سلول‌های گلیال، به نام الیگودندروسیت‌ها، تفاوت‌های معناداری در بیان ژن نشان می‌دهند. این سلول‌ها غلاف‌های میلینی را تشکیل می‌دهند که از نورون‌ها محافظت کرده و انتقال سیگنال‌ها را سرعت می‌بخشند.
پژوهشگران کشف کردند که انسان‌ها نسبت بیشتری از پیش‌سازهای الیگودندروسیت را نسبت به شامپانزه‌ها حفظ می‌کنند، تفاوتی که ممکن است زیربنای زمان‌های طولانی‌تر رشد و انعطاف‌پذیری بیشتر مغز انسان باشد.
مسیرهای آینده پژوهش
اگرچه این مطالعه تنها مناطق خاصی از مغز را بررسی کرده است، یافته‌های آن نشان می‌دهد که بیان ژن در سایر نواحی مغز نیز ممکن است میان پستانداران اولیه تفاوت‌های چشمگیری داشته باشد.
یی و همکارانش قصد دارند این سوالات را بیشتر بررسی کرده و به مکانیسم‌های مولکولی که پشت این تغییرات تکاملی است بپردازند.
این متخصصان همچنین قصد دارند گونه‌های دورتر را بررسی کنند تا تاریخچه تکاملی گسترده‌تر را بازسازی کرده و ارزیابی کنند که انسان‌های باستانی، مانند نئاندرتال‌ها و دنیسوواها، چگونه در این روایت جای می‌گیرند.
در چارچوبی بزرگ‌تر، تحقیقات بیان ژن این امکان را فراهم می‌کند که توضیح داده شود چگونه تفاوت‌های نسبتاً کوچک ژنتیکی می‌تواند به اختلافات عملکردی بزرگ منجر شود. این پژوهش نشان می‌دهد که تکامل می‌تواند از طریق تنظیمات ظریف در کنترل ژن‌های موجود اتفاق بیفتد، نه صرفاً از طریق ایجاد ژن‌های جدید.
با پالایش درک ما از این شبکه‌های تنظیمی در مغز، دانشمندان یک گام به توضیح چگونگی دستیابی انسان‌ها به توانایی‌های شناختی استثنایی نزدیک‌تر می‌شوند.
این مطالعه در مجله Proceedings of the National Academy of Sciences منتشر شده است.
