اینکه چگونه ما انسان ها به آنچه امروز هستیم تبدیل شدیم، سوالی است که دانشمندان مدت هاست در تلاش برای پاسخ به آن بوده اند. چگونه چنین توانایی‌های شناختی پیشرفتهای را به وجود آوردیم که باعث ایجاد زبان، شعر و علم موشکی پیچیده شد؟ مغز انسان مدرن از چه جهت با مغز نزدیکترین خویشاوندان تکاملی ما، مانند نئاندرتال ها و Denisovans?
با معرفی مجدد ژن های باستانی چنین گونه های منقرض شده ای به "مغز کوچک" انسان- خوشه هایی از سلول های بنیادی رشد یافته در آزمایشگاه که خود را در نسخه های کوچکی از مغز انسان سازماندهی می کنند - دانشمندان شروع به یافتن سرنخ های جدیدی کرده اند.
بیشتر آنچه در مورد تکامل انسان می دانیم از مطالعه فسیل ها و استخوان های باستانی ناشی می شود. ما می دانیم که نئاندرتال ها و دنیسوواها از انسان ها جدا شده اند حدود 500,000-600,000 سال پیشو اینکه آخرین نئاندرتال ها تا حدود 40,000 سال پیش از اروپا ناپدید نشدند.
تحقیقات همچنین نشان داده است که انسان ها و نئاندرتال ها آمیخته شدهو اینکه نئاندرتال ها زیاد بودند پیچیده تر از قبل تصور می شد.
از مطالعه اندازه و شکل جمجمه های فسیل شدهما همچنین می دانیم که مغز انسان های باستانی تقریباً به اندازه جمجمه های انسان مدرن بود، اگر بزرگتر نباشد، و به نظر می رسد اشکال متفاوتی داشته باشد. با این حال، اگرچه چنین تغییراتی ممکن است با توانایی‌ها و عملکردهای شناختی مختلف مرتبط باشد، فسیل‌ها به تنهایی نمی‌توانند توضیح دهند که چگونه شکل‌ها بر عملکرد تأثیر می‌گذارند. خوشبختانه، پیشرفتهای تکنولوژیکی اخیر مسیر جدیدی را برای درک تفاوت ما با خویشاوندان منقرض شده‌مان فراهم کرده است.
توالی یابی DNA باستانی به دانشمندان این امکان را می دهد که ژن های نئاندرتال ها و دنیسوواها را با ژن های انسان امروزی مقایسه کنند. این کمک کرده است تشخیص تفاوت ها و شباهت ها، نشان می دهد که ما بیشتر DNA خود را با نئاندرتال ها و دنیسوواها به اشتراک می گذاریم.
با این حال، در مناطق خاص، گونه های ژنی وجود دارد که منحصراً توسط انسان مدرن حمل می شود. این مناطق DNA خاص انسان ممکن است مسئول صفاتی باشند که گونه ما را از خویشاوندان منقرض شده ما جدا می کند. بنابراین، با درک نحوه عملکرد این ژن ها، می توانیم در مورد ویژگی هایی که منحصر به فرد انسان امروزی است، بیاموزیم.
مطالعاتی که توالی‌های DNA باستانی و مدرن را با هم مقایسه می‌کنند، تفاوت‌هایی را در ژن‌ها مشخص کرده‌اند برای عملکرد، رفتار و توسعه مهم است از مغز - به ویژه ژن های درگیر در تقسیم سلولی و سیناپس ها (که تکانه های عصبی الکتریکی را بین سلول ها منتقل می کنند). اینها نشان می دهند که مغز انسان کندتر از نئاندرتال ها بالغ می شود.
به طور خاص، توسعه قشر اوربیتوفرنتال در نوزادان، که تصور می شود در شناخت مرتبه بالاتر مانند تصمیم گیری دخیل هستند، ممکن است از زمان جدا شدن از نئاندرتال ها به طور قابل توجهی، اما به طور نامحسوس تغییر کرده باشد. انسان ها نیز دیرتر از اجداد خود به بلوغ جنسی می رسند، که می تواند توضیح دهد که چرا ما بیشتر عمر می کنیم.
رشد مغزها
مدتهاست که مشخص نیست کدام تغییرات تکاملی مهمترین بوده است. تیمی از دانشمندان به رهبری آلیسون موتری در دانشگاه کالیفرنیا، سن دیگو، اخیرا مطالعه ای را در علم که تا حدودی این سوال را روشن می کند.
آنها این کار را با رشد مغزهای کوچک - که از نظر علمی به عنوان "ارگانوئیدها" شناخته می شوند - از سلول های بنیادی مشتق شده از پوست انجام دادند. ارگانوئیدهای مغزی مانند ما هوشیار نیستند - آنها بسیار ساده هستند و به دلیل کمبود خون به اندازه های بزرگتر از پنج یا شش میلی متر نمی رسند. اما آنها می توانند امواج مغزی ساطع کنند و شبکه های عصبی نسبتاً پیچیده ای را رشد دهند که به نور پاسخ می دهند.
این تیم یک نسخه منقرض شده از ژنی که در رشد مغز نقش دارد را با استفاده از این ارگانوئیدها وارد کردند برنده جایزه نوبل CRISPR-Cas9 فناوری که اغلب به عنوان "قیچی ژنتیکی" توصیف می شود، که امکان ویرایش و دستکاری دقیق ژن ها را فراهم می کند.
ما می دانیم که نسخه قدیمی این ژن در نئاندرتال ها و دنیسوواها وجود داشت، در حالی که یک جهش بعداً ژن را به نسخه فعلی که انسان امروزی حمل می کند تغییر داد.
ارگانوئیدهای مهندسی شده چندین تفاوت را نشان دادند. آنها آهسته تر از ارگانوئیدهای انسانی گسترش یافتند و شکل گیری اتصالات بین نورون ها را تغییر دادند. آنها همچنین کوچکتر بودند و در مقایسه با ارگانوئیدهای انسان مدرن صاف و کروی، سطوح خشن و پیچیده داشتند.
یک جهش رانندگی؟
این مطالعه 61 ژن را شناسایی کرد که بین انسان مدرن و باستانی متفاوت است. یکی از این ژن ها است NOVA1که نقش اساسی در تنظیم فعالیت ژن های دیگر در مراحل اولیه رشد مغز دارد. همچنین در تشکیل سیناپس ها نقش دارد.
قبلاً مشخص شده بود که تغییر فعالیت NOVA1 باعث اختلالات عصبی مانند میکروسفالی (که منجر به کوچک شدن سر می شود)، تشنج، تاخیر رشد شدید و یک اختلال ژنتیکی به نام دیساآتونومی خانوادگی، نشان می دهد که برای عملکرد طبیعی مغز انسان مهم است. نسخه ای که انسان های امروزی حمل می کنند دارای یک تغییر در یک حرف واحد است. این تغییر باعث می شود که محصول ژن، پروتئین NOVA1، ترکیب متفاوتی داشته باشد و احتمالاً فعالیت متفاوتی داشته باشد.
هنگام تجزیه و تحلیل ارگانوئیدها، دانشمندان دریافتند که ژن باستانی NOVA1 فعالیت 277 ژن دیگر را تغییر داد - بسیاری از آنها در ایجاد سیناپس ها و اتصالات بین سلول های مغز نقش دارند. در نتیجه، مینی مغزها دارای شبکه سلولی متفاوتی با سلول های یک انسان امروزی بودند.
این بدان معناست که جهش در NOVA1 باعث تغییرات اساسی در مغز ما شده است. تغییر در یک حرف از کد DNA احتمالاً باعث ایجاد سطح جدیدی از عملکرد مغز در انسان مدرن می شود. چیزی که ما نمی دانیم این است که دقیقاً چگونه این اتفاق افتاد.
این تیم گفته است که یافته های جذاب خود را پیگیری خواهند کرد با بررسی دقیق 60 ژن دیگر، ببینید وقتی هر یک یا ترکیبی از چندین را تغییر می دهید چه اتفاقی می افتد.
بدون شک این یک حوزه تحقیقاتی جذاب است، زیرا ارگانوئیدها بینش مهمی را در مورد مغز این گونه های باستانی ارائه می دهند. اما ما فقط در ابتدای راه هستیم. دستکاری یک ژن نمی تواند نئاندرتال و دنیسووان واقعی را دستگیر کند ژنتیک. اما همچنان می‌تواند به دانشمندان در درک چگونگی عملکرد برخی از ژن‌های خاص انسان کمک کند.
این مقاله از مجله منتشر شده است گفتگو تحت مجوز Creative Commons دفعات بازدید: مقاله.
تصویر های اعتباری: در ویکیانبار موجود
