عنصر گمشده‌ای که تفاوت مغز انسان را می‌سازد

فرارو- پژوهش تازه‌ای از دانشگاه کالیفرنیا در سن‌دیگو نشان می‌دهد بخشی از ژنوم انسان با نام HAR123 ممکن است در شکل‌گیری توانایی‌های شناختی منحصربه‌فرد انسان و تمایز مغز او از سایر گونه‌ها نقش اساسی داشته باشد.

به گزارش فرارو به نقل از پاپولر مکانیکس، پژوهشی تازه نشان می‌دهد که بخشی از ژنوم انسان می‌تواند راز تفاوت میان مغز ما و مغز نزدیک‌ترین خویشاوندان حیوانی‌مان را توضیح دهد.

چه چیزی مغز انسان را از مغز سایر موجودات زنده متمایز می‌کند؟ چه عاملی باعث می‌شود این اندام شگفت‌انگیز توانایی‌هایی داشته باشد که حتی نزدیک‌ترین خویشاوندان ما در دنیای پریمات‌ها، مانند شامپانزه‌ها، از آن بی‌بهره‌اند؟

به‌گفته گروهی از پژوهشگران دانشگاه سن دگیو کالیفرنیا، شاید پاسخ این پرسش در ژنوم ما پنهان باشد؛ در بخشی از کد ژنتیکی که با نام ناحیه‌های شتاب‌یافته انسانی  (Human Accelerated Regions (HARs)) شناخته می‌شوند. این بخش‌ها از ژنوم انسان، قطعاتی هستند که در طول مسیر تکامل، دستخوش جهش‌های بسیار سریع و غیرعادی شده‌اند.

حدود پنج میلیون سال پیش، زمانی که نیاکان انسان از شامپانزه‌ها جدا شدند، این نواحی از ژنوم تغییراتی چشمگیر را تجربه کردند؛ تغییری که شاید توضیح دهد چرا انسان صاحب ویژگی‌هایی کاملاً منحصربه‌فرد شده است.

نواحی شتاب‌یافته انسانی؛ قطعاتی غیر از ژن‌ها

ناحیه‌های شتاب‌یافته انسانی در واقع ژن نیستند، بلکه به‌عنوان تقویت‌کننده‌های رونویسی (Transcriptional Enhancers) شناخته می‌شوند. این بخش‌ها توالی‌هایی از دی‌ان‌ای  هستند که در فرآیند رونویسی ژن‌ها نقش تنظیم‌کننده دارند. وقتی پروتئین‌ها به این نواحی متصل می‌شوند، احتمال فعال شدن یا رونویسی یک ژن خاص را افزایش می‌دهند. در نتیجه، این نواحی در تنظیم ژن‌هایی که مسئول تمایز سلولی و رشد اندام‌ها هستند، نقش کلیدی دارند.

جالب آن‌که بیشتر این نواحی در بخش‌هایی از ژنوم قرار دارند که با توسعه و عملکرد مغز در ارتباط‌اند. به بیان دیگر، ناحیه‌های شتاب‌یافته انسانی بیش از هر جای دیگری از بدن، در تنظیم ژن‌های مرتبط با رشد عصبی فعالیت دارند؛ نشانه‌ای از اینکه ممکن است نقش مهمی در شکل‌گیری تفاوت‌های شناختی انسان داشته باشند.

کشف کلیدی: HAR123 و مغز انسان

در پژوهشی جدید، دانشمندان دانشگاه کالیفرنیا به ناحیه‌ای خاص از ژنوم انسان با نام HAR123 اشاره کرده‌اند؛ ناحیه‌ای که به نظر می‌رسد در شکل‌گیری تفاوت میان مغز انسان و شامپانزه نقشی تعیین‌کننده دارد. به گفته پژوهشگران، نسخه انسانی HAR123 ویژگی‌های فیزیکی و مولکولی متفاوتی نسبت به نسخه شامپانزه دارد؛ تفاوت‌هایی که می‌تواند با تکامل صفات عصبی ویژه انسان مرتبط باشد.

این دو نسخه، در اصطلاح علمی، ارتولوگ (Ortholog) نام دارند؛ به این معنا که از یک نیاکان مشترک به دو گونه متفاوت منتقل شده‌اند. نسخه انسانی HAR123 از طریق ژنی به نام H1C1 بر شکل‌گیری سلول‌های پیش‌ساز عصبی  (NPCs) تأثیر می‌گذارد؛ سلول‌هایی که در نهایت به دو دسته تقسیم می‌شوند:

• نورون‌ها، سلول‌های عصبی‌ای که اطلاعات حسی را دریافت کرده و از طریق سیگنال‌های الکتریکی و شیمیایی پیام‌ها را در سراسر بدن ارسال می‌کنند.

• سلول‌های گلیال که به نورون‌ها ساختار، پشتیبانی و تغذیه لازم را ارائه می‌دهند تا عملکرد آن‌ها پایدار بماند.

پژوهش‌ها نشان داده است که نسخه شامپانزه‌ای HAR123 به اندازه نسخه انسانی موجب تمایز این سلول‌ها نمی‌شود؛ به بیان ساده‌تر، انسان‌ها در نتیجه این تغییر ژنتیکی، مغزی پیچیده‌تر و از نظر ساختاری غنی‌تر دارند.

آزمایش حذف ژنتیکی با فناوری CRISPR

برای بررسی اهمیت زیستی HAR123 در انسان، پژوهشگران از فناوری ویرایش ژن CRISPR-Cas9 استفاده کردند تا هر دو نسخه از این توالی را از سلول‌های بنیادی جنینی انسان حذف کنند. چهار نمونه سلولی حاصل از این فرآیند در ظاهر رشد طبیعی داشتند، اما بررسی‌های دقیق‌تر نشان داد حذف HAR123 باعث کاهش تشکیل نورو‌اکتودرم می‌شود؛ لایه‌ای ضخیم از سلول‌ها در جنین که در نهایت به دستگاه عصبی کامل تبدیل می‌شود. همچنین، حذف این ناحیه موجب کاهش بیان ژن‌های مرتبط با رشد عصبی شد.

انعطاف‌پذیری شناختی و ریشه‌های ژنتیکی آن

شاید مهم‌ترین یافته درباره HAR123 در انسان این باشد که این ناحیه با انعطاف‌پذیری شناختی مرتبط است؛ توانایی ذهن برای تغییر دیدگاه‌ها، جابه‌جایی میان مفاهیم مختلف یا جایگزینی دانش قدیمی با اطلاعات تازه.

در حیوانات، مانند موش‌ها که در آزمایش‌های پیشین مورد مطالعه قرار گرفتند، این مفهوم به تغییر واکنش‌های رفتاری در شرایط متفاوت اشاره دارد. زمانی که پژوهشگران نسخه تقویت‌کننده رونویسی مشابه HAR123 را در مغز موش‌ها حذف کردند، مشاهده شد که این حیوانات از انعطاف شناختی کمتری برخوردارند و نسبت سلول‌های عصبی به گلیال در مغزشان نیز تغییر کرده است.

بر همین اساس، دانشمندان گمان دارند HAR123 در انسان می‌تواند یکی از عوامل کلیدی در شکل‌گیری این ویژگی منحصربه‌فرد باشد؛ ویژگی‌ای که تفکر خلاق، یادگیری، زبان و تصمیم‌گیری را ممکن می‌کند.

پیوند احتمالی با اختلالات عصبی

این پژوهش همچنین احتمال می‌دهد که HAR123 با برخی اختلالات رشد عصبی مانند اوتیسم و اختلال بیش‌فعالی-کمبود توجه (ADHD) نیز مرتبط باشد؛ چراکه در این بیماری‌ها نیز نسبت میان نورون‌ها و سلول‌های گلیال تغییر می‌کند و ارتباطی میان آن‌ها و سایر HARها پیش‌تر گزارش شده است.

با این حال، دانشمندان تأکید می‌کنند ممکن است نواحی شتاب‌یافته دیگری نیز در ژنوم انسان وجود داشته باشند که در شکل‌گیری «انسان بودن» نقش دارند، اما هنوز شناسایی یا به ویژگی‌های خاص انسانی پیوند داده نشده‌اند.