چرا مغز انسان تا این اندازه بزرگ است؟

پاسخ به یک سؤال قدیمی: چرا مغز انسان تا این اندازه بزرگ است؟

بر اساس شواهد به‌دست‌آمده، ژن‌هایی به نام NOTCH2NL در بزرگی مغز انسان نسبت به سایر گونه‌ها نقش دارند.

مغز انسان یکی از بزرگ‌ترین مغزهای موجود در طبیعت است؛ اما دلیل آن مشخص نیست. مجموعه‌ای از بررسی‌ها شواهد جدیدی ارائه می‌دهند که بر اساس آن گروهی از ژن‌ها مسئول رشد مغز و افزایش حجم داخل جمجمه (ECV) هستند. به‌ گزارش پژوهشگرها، این ژن‌ها در انسان فعال هستند؛ درحالی‌که در گونه‌هایی از میمون‌های ماکاک و اورانگوتان اصلا وجود ندارد و در گونه‌های شامپانزه و گوریل وجود دارند اما غیرفعال هستند.

ژن‌هایی به نام NOTCH2NL با تأخیر در رشد سلول‌های بنیادی کورتیکال در نورون‌ها فعال و منجر به تولید نورون‌های بیشتر می‌گردند. این ژن‌ها به‌وفور در سلول‌های بنیادی عصبی کورتکس مغزی وجود دارند.

به‌گفته‌ی پیر واندرهاگن یک از اعضای تیم، زیست‌شناس دانشگاه لیبر دی بروکسل (ULB) در بلژیک:

یکی از اهداف مهم ما رسیدن به این پاسخ این سؤال است که چه عاملی در بزرگ گشتن مغز به‌ویژه بخش کورتکس در طول تکامل و رشد انسان تأثیرگذار است. با توجه به تکامل نسبتاً سریع مغز انسان، این احتمال وجود دارد که ژن‌های انسانی جدید و تکامل‌یافته در شکل‌گیری مغز نقش داشته‌اند.

البته در طول چند میلیون سال گذشته، تکامل مغز به فرآیند تفکر، حل مسئله و بهبود وضعیت فرهنگ کمک کرده‌ است. واندرهاگن و تیم او روشی جدید برای تحلیل RNA پیشنهاد داده‌اند که برای کدگذاری و تعریف ژن‌ها ضروری است، پژوهشگرها با این روش می‌توانند به شناسایی ژن‌ها در بخش کورتکس بپردازند.

با توجه به رابطه‌ی نزدیک ژن اجدادی NOTCH2 به کنترل مسیر سلول‌های بنیادی کورتیکال به سمت نورون‌ها یا ساخت سلول‌های بنیادی بیشتر، پژوهش‌ متمرکز بر NOTCH2NL است. آن‌ها بعد از اجرای یک مجموعه تست روی جنین موش و تست‌های آزمایشگاهی رو سلول‌های بنیادی انسان، موفق به کشف قابلیت‌های ویژه‌ی هرکدام از ژن‌ها گردیدند.

به گفته‌ی واندرهاگن:

از یک سلول بنیادی می‌توان دو سلول پیش‌ساز، دو نورون یا یک سلول بنیادی پیش‌ساز و یک نورون رسید. وظیفه‌ی اصلی NOTCH2NL این است که این تصمیم را به سمت بازسازی‌ سلول‌های پیش‌ساز سوق دهد و درنتیجه منجر به تولید نورون‌های بیشتر گردد و همان‌طور که تکامل نشان می‌دهد تأثیر این ژن اندک، اما پیامدهای بعدی آن زیاد است.

تیم مجزایی از دانشمندان با بررسی ژن‌های تعریف‌گردیده در رشد مغزی انسان و میمون‌های ماکاک به بررسی نقش NOTCH2NL پرداختند و به این نتیجه رسیدند که تفاوت انسان با این نوع میمون ماکاک به نبود ژن NOTCH2NL در میمون وابسته است.

پژوهشگرها با حذف NOTCH2NL از سلول‌های بنیادی انسان در آزمایشگاه، مشاهده کردند که سلول‌های بنیادی سریع‌تر به نورون تغییر پیدا می‌کنند؛ اما کاهش منبع سلول‌های بنیادی نشان می‌داد بافت کورتکس کوچک‌تر است.

با توجه به این‌که ژن‌های NOTCH2NL بر اندازه‌ی مغز تأثیر دارند، تیم پژوهشی برای اولین بار توانست موقعیت صحیح آن‌ها در ژنوم را تعیین کند؛ زیرا نگاشت‌های قبلی اشتباه بودند. اندازه‌ی مغز به تغییرات در منطقه‌ای موسوم به 1q21.1 وابسته است که بر اختلال‌های رشد عصبی مثل ADHD تأثیر دارد.

به‌گفته‌ی پژوهشگران ظاهراً NOTCH2NL بخشی از یک مبادله‌ی تکاملی بین مغزهای بزرگ‌تر و شرایطی مثل بزرگ‌سری (ماکروسفالی) و کوچک‌سری (میکروسِفالی) است. البته هنوز برای قضاوت در مورد مغز بزرگ انسان زود است؛ زیرا هنوز اطلاعات زیادی در مورد مکانیزم ژن‌های NOTCH2NL در دست نیست. پژوهشگرها به دنبال بررسی یک نمونه‌ی بزرگ‌تر از بیمارها و مدل‌های آزمایشگاهی در یک بازه‌ی زمانی طولانی هستند تا بتوانند اتفاقات را به شکلی دقیق‌تر بررسی کنند.

بااین‌حال دلیل جذابیت این پژوهش‌ها این است که مسیر سیگنال‌دهی Notch (یکی از دو مسیر سیگنال‌دهی در سلول‌های بنیادی) یکی از قدیمی‌ترین مسیرهای رشد است و تقریبا در هر گونه‌ی جانوری وجود دارد؛ در انسان‌ هم گونه‌ی جدید NOTCH2NL برای رشد ماده‌ی خاکستری مغز ایجاد گردیده است. به گفته‌ی دیوید هاوسلر از دانشگاه کالیفرنیای سانتاکروز، یکی از پژوهشگرهایی که روی مطالعه‌ی دوم اطلاعات زیستی کار می‌کند:

مغز ما در طول رشد بخش‌های عملکردی کورتکس سه برابر بزرگ‌تر از قبل گردیده و همین دلیل اصلی تفاوت انسان با گونه‌های دیگر است. هیچ سؤال علمی نمی‌تواند به‌اندازه‌ی تغییرات ژنتیکی تأثیرگذار بر تکامل انسان هیجان‌انگیز گردد. (زومیت)