مطالعه تفاوت های سلولی در رشد مغز را بین انسان مدرن و نئاندرتال نشان می دهد



محققان درسدن و لایپزیگ دریافتند که تقسیم سلول‌های بنیادی در مغز در حال رشد انسان‌های مدرن در مقایسه با نئاندرتال‌ها زمان بیشتری طول می‌کشد و هنگام توزیع کروموزوم‌های خود در سلول‌های دخترشان خطاهای کمتری انجام می‌دهند.

نئاندرتال ها نزدیک ترین خویشاوندان انسان های امروزی هستند. بنابراین مقایسه با آن‌ها می‌تواند بینش‌های جالبی را در مورد آنچه که انسان امروزی را منحصربه‌فرد می‌کند، برای مثال در مورد رشد مغز، ارائه دهد. نئوکورتکس، بزرگترین بخش لایه بیرونی مغز، مختص پستانداران است و برای بسیاری از ظرفیت های شناختی حیاتی است. در طول تکامل انسان در گونه‌های اجدادی نئاندرتال‌ها و انسان‌های امروزی به‌طور چشمگیری گسترش یافت، در نتیجه هم نئاندرتال‌ها و هم انسان‌های امروزی مغزهایی با اندازه‌های مشابه داشتند. با این حال، تقریباً هیچ چیز در مورد اینکه چگونه مغز انسان مدرن و نئاندرتال ممکن است از نظر رشد و عملکرد متفاوت باشد، شناخته نشده است. محققان موسسه زیست شناسی و ژنتیک سلولی مولکولی ماکس پلانک (MPI-CBG) در درسدن و موسسه انسان شناسی تکاملی ماکس پلانک (MPI-EVA) در لایپزیگ اکنون کشف کرده اند که سلول های بنیادی عصبی – سلول هایی که از آنها سلول های عصبی در حال رشد هستند. مشتقات نئوکورتکس – زمان بیشتری را صرف آماده سازی کروموزوم های خود برای تقسیم در انسان مدرن نسبت به نئاندرتال ها می کنند. این منجر به خطاهای کمتری در هنگام توزیع کروموزوم ها به سلول های دختر در انسان امروزی نسبت به نئاندرتال ها یا شامپانزه ها می شود و می تواند عواقبی بر نحوه رشد و عملکرد مغز داشته باشد. این مطالعه تفاوت های سلولی در رشد مغز انسان مدرن و نئاندرتال را نشان می دهد.

پس از جدا شدن اجداد انسان مدرن از نئاندرتال ها و دنیسوواها، خویشاوندان آسیایی آنها، حدود یکصد اسید آمینه، بلوک های سازنده پروتئین ها در سلول ها و بافت ها، در انسان امروزی تغییر کرد و تقریباً به همه انسان های امروزی گسترش یافت. اهمیت بیولوژیکی این تغییرات تا حد زیادی ناشناخته است. با این حال، شش مورد از این تغییرات اسید آمینه در سه پروتئین رخ داده است که نقش کلیدی در توزیع کروموزوم ها، حامل اطلاعات ژنتیکی، به دو سلول دختر در طول تقسیم سلولی دارند.

اثرات انواع انسان مدرن بر رشد مغز

برای بررسی اهمیت این شش تغییر برای رشد نئوکورتکس، دانشمندان ابتدا انواع مدرن انسان را در موش ها معرفی کردند. موش ها در آن شش موقعیت اسید آمینه مشابه نئاندرتال ها هستند، بنابراین این تغییرات آنها را به الگویی برای مغز انسان مدرن در حال توسعه تبدیل کرد.

ما دریافتیم که سه اسید آمینه انسان مدرن در دو پروتئین باعث متافاز طولانی‌تر می‌شوند، مرحله‌ای که کروموزوم‌ها برای تقسیم سلولی آماده می‌شوند و این منجر به خطاهای کمتری در هنگام توزیع کروموزوم‌ها به سلول‌های دختر سلول‌های بنیادی عصبی می‌شود. مانند انسان های امروزی.”


فیلیپه مورا-برمودز، نویسنده اصلی این مطالعه

برای بررسی اینکه آیا مجموعه آمینو اسیدهای نئاندرتال اثر معکوس دارند، محققان سپس آمینو اسیدهای اجدادی را در ارگانوئیدهای مغز انسان معرفی کردند – ساختارهای اندام مانندی مینیاتوری که می توانند از سلول های بنیادی انسان در ظروف کشت سلولی در آزمایشگاه رشد کنند و شبیه سازی شوند. جنبه های رشد اولیه مغز انسان در این مورد، متافاز کوتاه‌تر شد و خطاهای توزیع کروموزوم بیشتری پیدا کردیم.» به گفته Mora-Bermúdez، این نشان می‌دهد که آن سه تغییر اسید آمینه انسان مدرن در پروتئین‌های KIF18a و KNL1 در مقایسه با مدل‌های نئاندرتال و شامپانزه‌ها مسئول کمتر اشتباهات توزیع کروموزوم در انسان‌های امروزی است. او می‌افزاید که «اشتباه در تعداد کروموزوم‌ها معمولاً برای سلول‌ها ایده خوبی نیست، همانطور که در اختلالاتی مانند تریزومی و سرطان دیده می‌شود».

“مطالعه ما نشان می‌دهد که برخی از جنبه‌های تکامل و عملکرد مغز انسان مدرن ممکن است مستقل از اندازه مغز باشد، زیرا نئاندرتال‌ها و انسان‌های امروزی مغزهایی با اندازه مشابه دارند. یافته‌ها همچنین نشان می‌دهد که عملکرد مغز در نئاندرتال‌ها ممکن است بیشتر از آن تحت تاثیر خطاهای کروموزومی قرار داشته باشد. ویلند هاتنر، که سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، خلاصه می‌کند. Svante Pääbo، که همچنین سرپرستی این مطالعه را بر عهده داشت، می‌افزاید که “برای بررسی اینکه آیا کاهش میزان خطا بر ویژگی‌های انسان مدرن مرتبط با عملکرد مغز تاثیر می‌گذارد، به مطالعات آینده نیاز است.”

منبع:

موسسه زیست شناسی و ژنتیک سلولی مولکولی ماکس پلانک (MPI-CBG)

مرجع مجله:

مورا-برمودز، اف. و همکاران (2022) متافاز طولانی تر و خطاهای تفکیک کروموزوم کمتر در انسان مدرن نسبت به رشد مغز نئاندرتال. پیشرفت علم doi.org/10.1126/sciadv.abn7702.



منبع