1

دانشمندان مدت‌ها گمان می‌کردند که تغییرات غیرمعمول سریع در DNA ما ممکن است کلید تکامل مغز باشد.

اکنون محققان دریافته‌اند که برخی بخش‌های کروموزوم‌های ما سریع‌تر از آنچه در تکامل معمولی دیده می‌شود، تغییر کرده‌اند. این تغییرات احتمالاً در نحوه‌ی شکل‌گیری اتصالات پیچیده‌ی سلول‌های عصبی مغز ما تأثیر داشته‌اند.

DNA با تکامل سریع و رشد مغز

مطالعات نشان می‌دهد که نواحی خاصی از کروموزوم‌ها که به‌عنوان مناطق شتاب‌یافته‌ی انسانی (HARs) شناخته می‌شوند، بین انسان و شامپانزه‌ها تفاوت‌های زیادی دارند. کارشناسان بر این باورند که این نواحی ممکن است در شکل‌دهی مهارت‌های تفکر پیشرفته و توانایی‌های زبانی که گونه‌ی ما را متمایز می‌کنند، نقش داشته باشند.

برخی از این مناطق در نحوه‌ی ارسال و دریافت سیگنال‌های عصبی تأثیرگذارند. گروه تحقیقاتی «شِن» با استفاده از روش‌های پیشرفته‌ی ژنتیکی بررسی کردند که چرا این بخش‌های DNA، یعنی HARs، تأثیر زیادی بر عملکرد نورون‌ها دارند.

آن‌ها دریافتند که تغییرات کوچک در این نواحی می‌تواند جهش بزرگی در پیچیدگی مغز ایجاد کند. این موضوع می‌تواند توضیحی برای ظهور خلاقیت و توانایی حل مسئله در انسان باشد. بااین‌حال، این یافته‌ها همچنین این پرسش را مطرح می‌کنند که آیا این پیشرفت‌ها با چالش‌هایی در سلامت روان همراه بوده است یا خیر.

ارتباط بین رشد نوریت‌ها و پیچیدگی مغز

محققان مشاهده کردند که سلول‌های عصبی انسان شاخه‌های متعددی به نام نوریت ایجاد می‌کنند که به ارتباط بین سلول‌های مغزی کمک می‌کند. در مقابل، نورون‌های شامپانزه در شرایط مشابه، شاخه‌های کمتری رشد دادند و این نشان می‌دهد که شبکه‌ی عصبی آن‌ها ساده‌تر است.

شِن توضیح می‌دهد:
“افزایش تعداد نوریت‌ها در دوران رشد می‌تواند به پیچیدگی بیشتر شبکه‌های عصبی ما منجر شود. این شبکه‌ها انتقال سیگنال‌ها را در سیستم عصبی تسهیل می‌کنند و از عملکردهای شناختی پیشرفته‌ی ما پشتیبانی می‌کنند.”

آزمایش‌ها نشان داد که افزودن HARهای انسانی به سلول‌های شامپانزه باعث افزایش شاخه‌های عصبی می‌شود. این تفاوت‌ها نشان می‌دهد که DNA اجداد ما جهش‌های دقیقی را کسب کرده که به افزایش سیم‌کشی عصبی مغز منجر شده است.

مزایا و معایب تکامل سریع مغز

دانشمندان هشدار می‌دهند که پیشرفت در سیم‌کشی عصبی ممکن است با هزینه‌هایی همراه باشد. برخی HARها با ژن‌هایی مرتبط هستند که در برخی بیماری‌های روانی نقش دارند. این موضوع نشان می‌دهد که برتری شناختی انسان ممکن است همراه با افزایش آسیب‌پذیری نسبت به برخی اختلالات روانی باشد.

به‌عنوان‌مثال، ژنی به نام NPAS3 در رشد مغز و برخی شرایط روانی دخیل است. تغییرات جزئی در HARهای نزدیک به این ژن می‌توانند بر میزان فعال شدن یا غیرفعال شدن آن در مراحل اولیه‌ی رشد نورون‌ها تأثیر بگذارند.

گروه تحقیقاتی همچنین نواحی مرتبط با ژن SOCS2 را بررسی کردند که در رشد نوریت‌ها نقش دارد. تغییرات در این بخش‌ها ممکن است بر شکل‌گیری سلول‌های عصبی تأثیر بگذارد و تعادلی میان افزایش هوش و افزایش احتمال ابتلا به اختلالات عصبی ایجاد کند.

فراتر از تفاوت ۱٪

مطالعات نشان داده‌اند که DNA انسان و شامپانزه حدود ۹۸ تا ۹۹ درصد مشابه است. اما همین ۱٪ تفاوت شامل HARها می‌شود که در ایجاد فرآیندهای فکری متمایز، رفتارهای اجتماعی و مهارت‌های زبانی پیشرفته نقش داشته‌اند.

این تغییرات ژنتیکی نسبتاً سریع در مقیاس زمانی تکاملی رخ داده‌اند. تغییرات جزئی در نقاط خاصی از DNA می‌توانند تأثیرات عظیمی بر ساختار نورون‌ها و سیم‌کشی مغز داشته باشند.

آزمایش‌های شِن از مهندسی ژنتیک مدرن برای وارد کردن HARهای انسانی به سلول‌های شامپانزه استفاده کردند. مشاهده‌ی نحوه‌ی شاخه‌دهی نورون‌های آزمایشگاهی تأییدی بر نقش این عناصر DNA در ایجاد اتصالات عصبی بود.

آینده‌ی پژوهش‌های DNA و عملکرد مغز

دانشمندان مشتاق‌اند بدانند که آیا تغییرات در این نواحی سرنخ‌هایی از قابلیت‌های شناختی کشف‌نشده ارائه می‌دهند یا خیر. آن‌ها می‌خواهند ببینند آیا برخی گونه‌های HAR سریع‌تر از بقیه در میان انسان‌های اولیه گسترش یافته‌اند؟

محققان همچنین در حال بررسی این موضوع هستند که آیا تغییرات خاص در DNA باعث تفاوت در رشد مغز در بین جمعیت‌های مختلف شده است؟ این یافته‌ها می‌توانند نشان دهند که چرا برخی گروه‌های انسانی نسبت به برخی اختلالات مغزی مستعدتر یا مقاوم‌تر هستند.

تحقیقات آینده احتمالاً بررسی خواهند کرد که چگونه تغییرات مرتبط با HARها بر تعاملات ژنی در مغزهای زنده تأثیر می‌گذارند. این موضوع می‌تواند به دانشمندان کمک کند زمان دقیق ظهور این جهش‌های ژنتیکی را تعیین کنند و مسیر انتشار آن‌ها در میان اجداد انسان را بررسی کنند.

پیامدهای گسترده‌ی این پژوهش

این روش آزمایشگاهی دیدگاهی در مورد چگونگی تغییرات جزئی در DNA و تأثیر آن بر مونتاژ مغز انسان ارائه می‌دهد. مقایسه‌ی DNA انسان و شامپانزه به دانشمندان کمک می‌کند تا مسیر تکامل ما را نقشه‌برداری کنند.

محققان امیدوارند که این یافته‌ها به درمان اختلالات مرتبط با ارتباط غیرطبیعی نورون‌ها کمک کند. درک این موضوع که کدام قسمت‌های DNA رشد نوریت‌ها را تقویت یا سرکوب می‌کنند، ممکن است فرصت‌هایی برای هدف‌گیری این مناطق در درمان‌هایی مانند اوتیسم و سایر سندرم‌های مرتبط ایجاد کند.

هیجان اصلی این پژوهش در این است که شکاف میان زیست‌شناسی پایه و پیشرفت‌های پزشکی را پر می‌کند. اگر دانشمندان بتوانند نحوه‌ی تأثیرگذاری این نواحی پرسرعت را بر شکل‌گیری نورون‌ها درک کنند، ممکن است راه‌هایی برای حفظ سلامت شبکه‌های عصبی مغز کشف کنند.

پژوهش روی DNA ممکن است آینده‌ی سلامت مغز را تغییر دهد

دانشمندان آینده‌ای را تصور می‌کنند که در آن بررسی HARها به یک روش معمول برای شناسایی زودهنگام مشکلات رشد مغز تبدیل شود. تنها یک تغییر ژنتیکی اشتباه در این نواحی ممکن است بر نحوه‌ی اتصال نورون‌ها به یکدیگر تأثیر بگذارد.

گام‌های بعدی شامل آزمایش درمان‌های بالقوه‌ای است که میزان بیان ژن‌های کلیدی مرتبط با شاخه‌دهی نورون‌ها را تنظیم می‌کنند. این رویکرد ممکن است اثرات مخربی را که رشد یا ارتباط طبیعی مغز را مختل می‌کنند، کاهش دهد.

این پژوهش همچنین ما را به این فکر وامی‌دارد که چگونه گونه‌ی ما در مدت کوتاهی چنین افزایش سریعی در هوش را تجربه کرده است. تغییرات سریع در یک بخش کوچک از کد ژنتیکی ممکن است ما را در مسیر تبدیل شدن به موجوداتی ابزارساز و ایده‌پرداز قرار داده باشد.

این مطالعه، که توسط مؤسسه‌ی ملی سلامت آمریکا (NIH) تأمین مالی شده است، در مجله‌ی Nature منتشر شده است.