Bagaimana kita manusia menjadi seperti sekarang ini adalah pertanyaan yang telah lama coba dijawab oleh para ilmuwan. Bagaimana kita mengembangkan kemampuan kognitif yang begitu maju, sehingga memunculkan bahasa, puisi, dan ilmu roket yang rumit? Dalam hal apa otak manusia modern berbeda dengan kerabat evolusi terdekat kita, seperti Neanderthal dan Denisovans?
Dengan memperkenalkan kembali gen purba dari spesies yang telah punah ke dalam "otak mini" manusia—kumpulan sel punca yang ditanam di laboratorium yang mengatur dirinya menjadi versi kecil otak manusia—para ilmuwan mulai menemukan petunjuk baru.
Sebagian besar dari apa yang kita ketahui tentang evolusi manusia berasal dari studi tentang fosil dan tulang purba. Kita tahu bahwa Neanderthal dan Denisovan berbeda dari manusia sekitar 500,000-600,000 tahun yang lalu, dan bahwa Neanderthal terakhir tidak menghilang dari Eropa sampai sekitar 40,000 tahun yang lalu.
Penelitian juga menunjukkan bahwa manusia dan Neanderthal kawin silang, dan ada banyak Neanderthal lebih mutakhir dari yang diperkirakan sebelumnya.
Dari mempelajari ukuran dan bentuk fosil tengkorak, kita juga tahu bahwa otak manusia purba kira-kira berukuran sama dengan tengkorak manusia modern, jika tidak lebih besar, dan tampak dalam bentuk yang berbeda. Namun, meskipun variasi seperti itu mungkin berkorelasi dengan kemampuan dan fungsi kognitif yang berbeda, fosil tidak dapat menjelaskan sendiri bagaimana bentuk mempengaruhi fungsi. Untungnya, kemajuan teknologi baru-baru ini telah memberikan jalan baru untuk memahami bagaimana kita berbeda dari kerabat kita yang telah punah.
Pengurutan DNA purba telah memungkinkan para ilmuwan untuk membandingkan gen Neanderthal dan Denisovans dengan gen manusia modern. Ini telah membantu mengidentifikasi perbedaan dan persamaan, mengungkapkan bahwa kita berbagi sebagian besar DNA kita dengan Neanderthal dan Denisovans.
Namun, di wilayah tertentu, ada varian gen yang dibawa secara eksklusif oleh manusia modern. Wilayah DNA khusus manusia ini mungkin bertanggung jawab atas sifat-sifat yang memisahkan spesies kita dari kerabat kita yang telah punah. Dengan memahami cara kerja gen-gen ini, kita dapat belajar tentang sifat-sifat yang unik pada manusia modern.
Studi yang membandingkan urutan DNA kuno dan modern telah menunjukkan perbedaan gen penting untuk fungsi, perilaku, dan perkembangan otak — khususnya gen yang terlibat dalam pembelahan sel dan sinapsis (yang mengirimkan impuls saraf listrik antar sel). Ini menunjukkan bahwa otak manusia matang lebih lambat daripada Neanderthal.
Secara khusus, pengembangan dari korteks orbitofrontal pada bayi, yang dianggap terlibat dalam kognisi tingkat tinggi seperti pengambilan keputusan, mungkin telah berubah secara signifikan namun halus sejak pemisahan dari Neanderthal. Manusia juga mencapai kematangan seksual lebih lambat dari nenek moyang mereka, yang dapat membantu menjelaskan mengapa kita hidup lebih lama.
Tumbuh Otak
Sudah lama tidak jelas perubahan evolusi mana yang paling penting. Sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh Alysson Muotri di Universitas California, San Diego, baru-baru ini menerbitkan sebuah penelitian di Ilmu yang menjelaskan beberapa pertanyaan ini.
Mereka melakukannya dengan menumbuhkan otak mini—yang secara ilmiah dikenal sebagai “organoid”—dari sel punca yang berasal dari kulit. Organoid otak tidak memiliki kesadaran seperti kita—mereka sangat sederhana dan tidak mencapai ukuran lebih besar dari sekitar lima atau enam milimeter, karena kekurangan pasokan darah. Tapi mereka dapat memancarkan gelombang otak dan menumbuhkan jaringan saraf yang relatif kompleks yang merespons cahaya.
Tim menyisipkan versi punah dari gen yang terlibat dalam perkembangan otak di organoid menggunakan Pemenang hadiah Nobel CRISPR-Cas9 teknologi, sering digambarkan sebagai "gunting genetik", yang memungkinkan pengeditan dan manipulasi gen secara tepat.
Kita tahu bahwa gen versi lama ada pada Neanderthal dan Denisovans, sedangkan mutasi kemudian mengubah gen menjadi versi saat ini yang dibawa oleh manusia modern.
Organoid yang direkayasa menampilkan beberapa perbedaan. Mereka berkembang lebih lambat daripada organoid manusia dan telah mengubah pembentukan koneksi antar neuron. Mereka juga lebih kecil dan memiliki permukaan yang kasar dan kompleks dibandingkan dengan organoid manusia modern yang halus dan bulat.
Satu Mutasi Mengemudi?
Studi tersebut mengidentifikasi 61 gen yang berbeda antara manusia modern dan kuno. Salah satunya adalah gen NOVA1, yang memiliki peran penting dalam mengatur aktivitas gen lain selama perkembangan otak awal. Ini juga berperan dalam pembentukan sinapsis.
Aktivitas NOVA1 yang berubah sebelumnya telah ditemukan menyebabkan gangguan neurologis seperti mikrosefali (mengarah ke kepala kecil), kejang, keterlambatan perkembangan yang parah, dan kelainan genetik yang disebut disautonomia familial, menyarankan itu penting untuk fungsi otak manusia normal. Versi yang dibawa oleh manusia modern memiliki perubahan dalam satu huruf kode. Perubahan ini menyebabkan produk gen, protein NOVA1, memiliki komposisi yang berbeda dan kemungkinan aktivitas yang berbeda.
Saat menganalisis organoid, para ilmuwan menemukan bahwa gen kuno NOVA1 mengubah aktivitas 277 gen lainnya—banyak di antaranya terlibat dalam pembuatan sinapsis dan hubungan antar sel otak. Akibatnya, otak mini memiliki jaringan sel yang berbeda dengan manusia modern.
Itu berarti mutasi pada NOVA1 menyebabkan perubahan penting pada otak kita. Perubahan dalam satu huruf kode DNA mungkin memicu tingkat baru fungsi otak pada manusia modern. Apa yang kita tidak tahu adalah bagaimana tepatnya ini terjadi.
Tim mengatakan mereka akan menindaklanjuti temuan menarik mereka dengan menyelidiki 60 gen lainnya secara lebih rinci, untuk melihat apa yang terjadi saat Anda mengubah masing-masing atau kombinasi dari beberapa.
Tidak diragukan lagi ini merupakan bidang penelitian yang menarik, dengan organoid memberikan wawasan penting ke dalam otak spesies purba ini. Tapi kita baru di awal. Manipulasi gen tunggal tidak akan menangkap Neanderthal dan Denisovan sejati genetika. Tapi itu masih bisa membantu para ilmuwan memahami bagaimana beberapa gen khusus manusia bekerja.
Artikel ini diterbitkan kembali dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca Artikel asli.
Gambar Kredit: Wikimedia Commons
