اكتشف العلماء اضطرابًا في حمضنا النووي ربما ساعد في تمييز عقول أسلافنا عن عقول إنسان نياندرتال وغيرهم من الأقارب المنقرضين.
تؤدي الطفرة التي حدثت خلال ملايين السنين القليلة الماضية إلى نمو المزيد من الخلايا العصبية في منطقة من الدماغ تُستخدم لأشكال تفكيرنا الأكثر تعقيدًا. دراسة نشرت الخميس في العلوم.
قال ويلاند هودنر ، عالم الأعصاب في معهد ماكس بلانك لبيولوجيا الخلايا الجزيئية وعلم الوراثة في دريسدن بألمانيا ، وأحد مؤلفي الدراسة: “ما وجدناه هو جين يساهم بالتأكيد في جعلنا بشرًا”.
يسمح لنا الدماغ البشري بالقيام بأشياء لا تستطيع الأنواع الأخرى القيام بها ، مثل الاستخدام الكامل للغة ووضع خطط معقدة للمستقبل. لعقود من الزمان ، قارن العلماء تشريح أدمغتنا مع تشريح الثدييات الأخرى لفهم كيفية تطور تلك القدرات المعقدة.
الميزة الأكثر وضوحًا للدماغ البشري هي حجمه – أربعة أضعاف حجم أقرب أقربائنا ، الشمبانزي.
تمتلك أدمغتنا أيضًا ميزات تشريحية فريدة. منطقة القشرة الموجودة خلف أعيننا ، والتي تسمى الفص الجبهي ، ضرورية لبعض أفكارنا الأكثر تعقيدًا. وفق دراسة من 2018يحتوي الفص الجبهي البشري على خلايا عصبية أكثر من المنطقة نفسها في الشمبانزي.
لكن مقارنة البشر بالقردة الحية بها عيب كبير: فقد عاش أحدث أسلافنا المشتركين مع الشمبانزي منذ حوالي سبعة ملايين سنة. لملء ما حدث منذ ذلك الحين ، كان على العلماء أن يلجأوا إلى حفريات أسلافنا الأحدث ، والمعروفة باسم أشباه البشر.
اكتشف علماء الأنثروبولوجيا القديمة الذين درسوا جماجم أشباه البشر أدمغة أسلافنا. زاد بشكل كبير بدأ الحجم منذ حوالي مليوني سنة. لقد وصلوا إلى حجم البشر الأحياء منذ حوالي 600000 عام. إنسان نياندرتال ، أقرب أقربائنا من أشباه البشر المنقرضين ، كان لديهم أكبر أدمغة لدينا.
لكن أدمغة إنسان نياندرتال طويلة ، في حين أن البشر لديهم أ أيضا كروية الشكل. لا يستطيع العلماء تحديد أسباب هذه الاختلافات. أحد الاحتمالات هو أن أجزاء مختلفة من أدمغة أسلافنا تغيرت في الحجم.
في السنوات الأخيرة ، بدأ علماء الأعصاب دراسة الأدمغة القديمة بمصدر جديد: أجزاء من الحمض النووي محفوظة داخل أحافير أشباه البشر. أعاد علماء الوراثة بناء جينومات كاملة إنسان نياندرتال وكذلك أبناء عمومتهم الشرقية دينيسوفان.
ركز العلماء على الاختلافات المهمة بين جينومنا وجينوم إنسان نياندرتال ودينيسوفان. يحتوي الحمض النووي البشري على حوالي 19000 جين. غالبًا ما تكون البروتينات المشفرة بواسطة تلك الجينات مماثلة لتلك الموجودة في إنسان نياندرتال ودينيسوفان. لكن الباحثين وجدوا 96 طفرة خاصة بالبشر غيرت بنية البروتين.
في عام 2017 ، د. كانت Annelyn Pinson ، الباحثة في مختبر Hudner ، تبحث في قائمة الطفرات تلك ولاحظت أن جينًا يسمى TKTL1 قد تم تغييره. يعرف العلماء أن TKDL1 يعمل في القشرة البشرية النامية ، وتحديداً في الفص الجبهي.
قال الدكتور بينسون: “نحن نعلم أن الفص الجبهي مهم للوظائف الإدراكية”. “لذا فهذا مؤشر جيد على أنه قد يكون مرشحًا مثيرًا للاهتمام.”
أجرى الدكتور بينسون وزملاؤه تجارب أولية مع TKTL1 على الفئران والقوارض. بعد حقن النسخة البشرية من الجين في أدمغة الحيوانات النامية ، وجدوا أنه ينتج المزيد من الخلايا العصبية في كل من الفئران والقوارض.
بعد ذلك ، أجرى الباحثون تجارب على الخلايا البشرية باستخدام أجزاء من أنسجة دماغ الجنين التي تم الحصول عليها من خلال الإجهاض بالموافقة في مستشفى دريسدن. استخدمه الدكتور بينسون المقص الجزيئي لضرب جين TKTL1 من الخلايا في عينات الأنسجة. بدونها ، أنتجت أنسجة المخ البشري عددًا أقل من الخلايا السلفية التي تشكل الخلايا العصبية.
من أجل تجربتهم النهائية ، شرع الباحثون في الابتكار دماغ صغير يشبه الإنسان البدائي. لقد بدأوا بخلية جذعية جنينية بشرية وحرروا جينها TKTL1 بحيث لا يحتوي على طفرة بشرية. بدلاً من ذلك ، حملت الطفرة الموجودة في أقاربنا ، بما في ذلك إنسان نياندرتال والشمبانزي وثدييات أخرى.
ثم وضعوا الخلية الجذعية في حمام من المواد الكيميائية وربطوها لتصبح كتلة من أنسجة المخ تسمى العضوي الدماغي. أدى إلى ظهور خلايا دماغية أصلية ، والتي شكلت قشرة صغيرة مكونة من طبقات من الخلايا العصبية.
أنتجت عضيات دماغية شبيهة بإنسان نياندرتال عددًا أقل من الخلايا العصبية مقارنة بالعضوية التي تحتوي على النسخة البشرية من TKTL1. يشير هذا إلى أنه عندما تحور جين TKTL1 ، كان أسلافنا قادرين على توليد خلايا عصبية إضافية في الفص الجبهي. في حين أن هذا التغيير قد لا يؤدي إلى زيادة الحجم الكلي لأدمغتنا ، فقد يكون قد أعاد ترتيب أسلاكها.
قال عالم الأعصاب لوران نغوين من جامعة لييج في بلجيكا ، والذي لم يشارك في الدراسة: “إنها حقًا رحلة قوة”. “من اللافت للنظر أن مثل هذا التغيير الصغير يمكن أن يكون له مثل هذا التأثير الدراماتيكي على إنتاج الخلايا العصبية.”
لا يعني الاكتشاف الجديد أن TKTL1 يوفر سرًا لما يجعلنا بشرًا. يبحث باحثون آخرون أيضًا في قائمة 96 طفرة مغيرة للبروتين وإجراء تجاربهم الخاصة على الأعضاء التناسلية.
قال أعضاء آخرون في مختبر الدكتور هودنر في شهر يوليو هناك طفرتان أخريان تغيران السرعة التي تنقسم بها خلايا الدماغ النامية. العام الماضيوجد فريق من الباحثين من جامعة كاليفورنيا في سان دييجو أن طفرة أخرى يبدو أنها تغير عدد الوصلات التي تربط الخلايا العصبية البشرية ببعضها البعض.
يمكن أن تصبح الطفرات الأخرى مهمة أيضًا لأدمغتنا. على سبيل المثال ، مع تطور القشرة ، يجب أن تهاجر الخلايا العصبية الفردية للعثور على موقعها الصحيح. لاحظ الدكتور نجوين أن بعض الطفرات الـ 96 الفريدة لدى البشر تغير الجينات التي قد تكون متورطة في هجرة الخلايا. وهو يتكهن بأن الطفرات الخاصة بنا قد تتسبب في تحرك الخلايا العصبية بشكل مختلف عن الخلايا العصبية في أدمغة إنسان نياندرتال.
قال: “لا أعتقد أن هذه هي نهاية القصة”. “أعتقد أن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لفهم ما يجعلنا بشر من حيث نمو الدماغ.”
