چه چیز مغز ما را از مغز نئاندرتال‌ها متمایز می‌کند؟
براساس مطالعه جدیدی که در نشریه ساینس منتشر شده است، جهشی که چند صد هزار سال پیش به وجود آمد، موجب رشد نورون‌های بیشتر در بخشی از مغزمان شد که برای پیچیده‌ترین اشکال تفکر از آن استفاده می‌کنیم. ویلند هاتنر، عصب‌شناس در مؤسسه زیست‌شناسی سلولی مولکولی و ژنتیک ماکس پلانک در درسدن آلمان و یکی از نویسندگان مطالعه می‌گوید:
آنچه پیدا کرده‌ایم ژنی است که قطعاً در انسان شدن ما نقش دارد.
مغز ما انسان‌ها، گونه‌ی ما را قادر به انجام کارهایی می‌سازد که سایر گونه‌های زنده از انجامشان ناتوانند؛ کارهایی همچون استفاده از زبان کامل و برنامه‌ریزی پیچیده برای آینده جزو این موارد هستند. دانشمندان آناتومی مغز ما را برای دهه‌ها با سایر پستانداران مقایسه کرده‌اند تا بتوانند به شکل بهتری به چگونگی تکامل این توانایی‌های پیچیده در انسان‌های مدرن یا هوموساپین‌ها پی ببرند.
در این میان بارزترین ویژگی مغز انسان اندازه‌ی آن است. اندازه‌ی مغز انسان چهار برابر مغز شامپانزه‌ها، نزدیکترین خویشاوندان زنده‌ی ما است. مغز انسان همچنین از ویژگی‌های تشریحی یا آناتومیک متمایزی نیز برخوردار است.
ناحیه قشر پشت چشم ما که به لوب فرونتال معروف است برای پیش بردن و سازمان دادن برخی از پیچیده‌ترین افکار ما ضروری است. براساس مطالعه‌ای در سال ۲۰۱۸، شمار نورون‌های موجود در لوب پیشانی انسان بسیار بیشتر از نورون‌های همان ناحیه مشابه در شامپانزه‌ها است.
- آیا نئاندرتال‌ها به دلیل اندازه مغزشان منقرض شده‌اند؟
با همه این توضیحات و ارزیابی‌ها، مقایسه انسان با میمون‌های زنده یک کاستی جدی دارد: آخرین نیای مشترک ما با شامپانزه‌ها تقریباً هفت میلیون سال پیش می‌زیسته است. دانشمندان برای پی بردن به آنچه که از آن زمان تاکنون رخ داده و به‌نوعی پر کردن شکاف موجود، به فسیل‌های اجداد متاخر ما معروف به انسان‌تباران متوسل می‌شوند. اساساً راه بهتری نیز پیش روی آنان نبوده است.
دیرینه‌انسان‌شناسان با بررسی جمجمه‌های انسان‌تباران دریافتند که اندازه‌ی مغز اجداد ما از حدود دو میلیون سال پیش به‌طرز چشمگیری افزایش یافته است. آن‌ها در حدود ۶۰۰ هزار سال پیش به اندازه‌ی مغز انسان‌های زنده فعلی رسیدند. نئاندرتال‌ها در میان نزدیکترین خویشاوندان منقرض‌شده‌ی ما، مغزهایی به بزرگی مغز خودمان داشتند.
اما مغز نئاندرتال‌ها در قیاس با مغز انسان‌ها کشیده‌تر بود؛ این در حالی است که مغز انسان‌های مدرن شکل کروی‌تری دارد. دانشمندان دلیل این تفاوت شکل میان مغز انسان‌های مدرن و نئاندرتال‌ها را نمی‌دانند. یک احتمال این است که شاید مناطق مختلف مغز اجداد ما طی زمان تغییر اندازه داده‌اند.
تصویر MRI از مغز انسان با لوب پیشانی برجسته‌شده به رنگ سفید
دانشمندان علوم اعصاب با در نظر گرفتن همین احتمال، در سال‌های اخیر شروع به بررسی مغزهای کهن با منبع جدیدی از اطلاعات کرده‌اند: تکه‌هایی از DNA حفظ‌شده در فسیل‌های انسان‌تباران. متخصصان ژنتیک کل ژنوم نئاندرتال‌ها و همچنین پسرعموهای شرقی آن‌ها، دنیسووان‌ها را بازسازی کرده‌اند.
دانشمندان روی تفاوت‌های بالقوه حیاتی بین ژنوم ما و ژنوم نئاندرتال‌ها و دنیسووان‌ها متمرکز شدند. DNA انسان حاوی حدود ۱۹ هزار ژن است. پروتئین‌های کدگذاری‌شده توسط این ژن‌ها عمدتاً با پروتئین‌های نئاندرتال‌ها و دنیسوواها یکسان هستند. اما محققان ۹۶ جهش مختص انسان را یافته‌اند؛ جهش‌هایی که ساختار پروتئین را تغییر داده است.
در سال ۲۰۱۷، آنلین پینسون، محقق آزمایشگاه دکتر هاتنر در حال بررسی لیستی از جهش‌ها بود و متوجه یکی جهش‌ها شد؛ جهشی که ژنی به نام TKTL1 را تغییر می‌داد. دانشمندان امروزه از نقش این ژن آگاهند و می‌دانند که TKTL1 در قشر در حال رشد انسان، به‌ویژه در لوب فرونتال، فعال می‌شود. دکتر پینسون گفت:
ما می‌دانیم که لوب پیشانی برای عملکردهای شناختی مهم است. بنابراین همین شناسایی جهش اشاره خوبی بود مبنی بر این که شاید گزینه جالبی باشد.
پینسون و همکارانش آزمایش‌های اولیه را با TKTL1 روی موش و راسو انجام دادند. آن‌ها پس از تزریق نسخه انسانی این ژن به مغز در حال رشد حیوانات، دریافتند که تزریق ژن باعث افزایش ساخت نورون هم در موش‌ها و هم در راسوها می‌شود.
پژوهشگران در ادامه با استفاده از تکه‌هایی از بافت مغز جنین انسان که با رضایت زنانی که در بیمارستان درسدن سقط جنین داشتند، به دست آمده بود، آزمایش‌هایی را روی سلول‌های انسانی انجام دادند. دکتر پینسون از قیچی مولکولی برای جدا کردن ژن TKTL1 از سلول‌های نمونه بافت استفاده کرد. بافت مغز انسان بدون داشتن این ژن، سلول‌های به‌اصطلاح پیش‌ساز کمتری تولید می‌کند. گفتنی است که سلول‌های پیش‌ساز در ادامه نورون‌ها را ایجاد می‌کنند.
تیم پژوهشی برای آزمایش نهایی خود، تصمیم گرفتند مغزی مینیاتوری شبیه مغز یک نئاندرتال بسازند. آن‌ها کار خود را با یک سلول بنیادی جنینی انسان شروع کردند و ژن TKTL1 آن را به‌نحوی ویرایش کردند تا دیگر جهش انسانی نداشته باشد. ژن یادشده جهش انسانی نداشت، ولی به جای آن دارای جهش یافت‌شده در خویشاوندان ما، از جمله نئاندرتال‌ها، شامپانزه‌ها و سایر پستانداران بود.
دانشمندان در مرحله‌ی بعد سلول بنیادی را در مخزنی از مواد شیمیایی قرار داده و آن را وادار به تبدیل شدن به توده‌ای از بافت مغزی در حال رشد به نام ارگانوئید مغز کردند. ارگانوئید مغز سلول‌های پیش‌ساز مغز را تولید کرد و در ادامه یک قشر مینیاتوری ساخته‌شده از لایه‌های نورونی شکل گرفت.
ارگانوئید مغزی شبیه به نئاندرتال، نورون‌های کمتری نسبت به ارگانوئیدهای با نسخه انسانی TKTL1 تولید می‌کرد. این تفاوت نشان داد که وقتی ژن TKTL1 جهش یافته، اجداد ما توانسته‌اند نورون‌های بیشتری در لوب فرونتال خودشان داشته باشند. در حالی که این تغییر، اندازه‌ی کلی مغز ما را افزایش نداده، ولی این امکان وجود دارد که ارتباط یا به‌تعبیری «سیم‌کشی» مغزمان را دوباره سازماندهی کرده باشد.
لوران نگوین، عصب‌شناس دانشگاه لیژ در بلژیک که در این مطالعه شرکت نداشته، می‌گوید:
این اتفاق واقعاً شبیه توردوفرانس است. اینکه چنین تغییر کوچکی چنان تأثیر چشمگیری بر تولید نورون‌ها دارد، واقعاً قابل توجه است.
باید توجه کنیم که یافته‌های جدید دال بر این نیست که TKTL1 به‌تنهایی خواهد توانست تمام رازهای واقع در پس این پرسش بنیادی که «چرا ما انسان شدیم؟» را آشکار کند. سایر محققان نیز در حال بررسی لیست ۹۶ جهش تغییردهنده‌ی پروتئین هستند و آزمایش‌ها ارگانوئیدی خود را به پیش می‌برند.
سایر اعضای آزمایشگاه دکتر هاتنر در ماه جولای گزارش دادند که دو جهش ژنتیکی دیگر شناسایی شده که قادرند سرعت تقسیم سلول‌های مغزی در حال رشد را تغییر دهند. سال گذشته نیز تیمی از محققان دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو دریافتند که گویا جهش ژنتیکی دیگری هم وجود دارند که می‌تواند تعداد اتصالات نورون‌های انسان با یکدیگر را تغییر دهد.
- برخی از ما نیمه‌نئاندرتال هستیم و داروها را به‌طرز متفاوت هضم می‌کنیم
جهش‌های ژنی دیگری نیز ممکن است برای مغز ما مهم باشند. برای مثال، با رشد قشر مغزی، نورون‌ها باید برای پیدا کردن مکان مناسب خود، جابه‌جا بشوند. دکتر نگوین مشاهده کرده که برخی از ۹۶ جهش منحصر‌به‌فرد در انسان، ژن‌هایی را تغییر داده که احتمالاً در جابه‌جایی سلولی (نورون‌ها) دخیل هستند. برپایه‌ی حدس او، جهش‌های ما ممکن است باعث شود تا نورون‌های مغزمان متفاوت از نورون‌های مغز نئاندرتال‌ها حرکت کنند. وی در پایان تصریح کرد:
فکر نمی‌کنم این پایان داستان باشد. به‌نظرم برای درک اینکه چه چیزی ما را از نظر رشد مغزی تبدیل به انسان [به مفهوم موجودی با مغز متمایز] کرده، کار بیشتری لازم است.
