'Mutant gelincikler' insan beyninin evrimine ışık tutuyor
Bilim adamları, mutant bir gelincik modeli kullanarak insan beyninin gelişimini keşfederken, yanlışlıkla büyük boyutlu beyinlerimizin evrimiyle ilgili ipuçlarına rastladılar.
İnsanlar nispeten büyük beyinlerle kutsanmıştır. Ve son 7 milyon yılda - evrimsel açıdan kısa bir zaman aralığı - beyinlerimizin büyüklüğü üç katına çıktı.
Kıvrımlı ve kıvrımlı dış tabaka olan serebral korteks, özellikle insanlarda böyledir. Beynimizin tam olarak neden ve nasıl bu kadar hayal kırıklığına uğradığı çok tartışılan bir konudur ve kanıtlar şu anda yetersizdir.
Milyonlarca yıl önce meydana gelen genetik ve biyolojik değişimlere dair ipuçları bulmak, evrenin diğer tarafındaki samanlıkta iğne aramaya benzer. Ancak Lady Serendipity, bilim adamlarına sık sık gülümsüyor.
Yakın zamanda, Chevy Chase'deki Howard Hughes Tıp Enstitüsü, MD, New Haven, CT Yale Üniversitesi ve Massachusetts'teki Boston Çocuk Hastanesi de dahil olmak üzere bir dizi kurumdan araştırmacılar, mikrosefali ile ilgili bir dizi çalışma yürüttüler.
Çalışmaları verimli oldu ve mikrosefali anlayışımızı ilerletti, ama aynı zamanda bizi uzaktaki samanlıkta o iğneye yaklaştırdılar. Bulguları yakın zamanda dergide yayınlandı Doğa.
Boston Çocuk Hastanesi'nden Dr. Christopher Walsh, "Nörolog olarak eğitim aldım ve gelişimsel beyin hastalıkları olan çocuklar üzerinde çalışıyorum" diyor. "İnsanlığın evrimsel tarihine bakacağımı hiç düşünmemiştim."
Mikrosefali nasıl araştırılır
Mikrosefali olan bebeklerin kafaları normalden çok daha küçüktür ve beyin korteksleri doğru şekillenmemiştir. Bu durum genellikle genetiktir, ancak son zamanlarda Zika virüsüyle de ilişkilendirilmiştir.
Korteksin nasıl ve neden düzgün şekilde oluşmadığı tam olarak anlaşılamamıştır. Bu konuyu araştırmanın bu kadar zor olmasının bir nedeni, iyi bir modelin olmamasıdır; Çoğu zaman bir fare modeli kullanılır, ancak amaca uygun değildir.
Fare beyinleri tahmin edebileceğiniz gibi küçücüktür. Ayrıca fareler, insanlarla aynı çeşitli beyin hücresi seçimine sahip değildir ve korteksleri çok daha pürüzsüzdür.
Mikrosefali ile ilgili en yaygın gen, Aspm olarak bilinen bir proteini kodlayan gen. Bu gen mutasyona uğradığında, bir insanın beyni normal boyutun yaklaşık yarısı kadar olacaktır.
Bununla birlikte, Aspm nakavt faresi adı verilen geni olmayan farelerde beyinleri yalnızca onda bir oranında küçülür. Bu zorlukla tespit edilebilen değişiklik bilim adamları için pek işe yaramıyor.
Daha iyi bir mikrosefali modeli arayışında olan araştırmacılar - Yale Üniversitesi'nden Dr.Walsh ve Byoung-Il Bae liderliğindeki - gelinciklere döndü.
Bu, ilk bakışta tuhaf bir hayvan seçimi gibi görünebilir, ancak mantıklıdır; gelincikler daha büyüktür ve insanlarla aynı hücre tiplerine sahip karmaşık bir kortekse sahiptir. Ayrıca fareler gibi hızlı ve özgürce ürerler.
Dr. Walsh'un açıkladığı gibi, "Görünüşe bakılırsa, gelincikler komik bir seçim gibi görünebilir, ancak 30 yıldır beyin gelişimi için önemli bir model oldular."
Gelinciklerin daha önce yararlı olduğu kanıtlanmış olsa da, gelincik genetiği hakkında çok az şey biliniyor, bu nedenle hayvanın Aspm nakavt versiyonunu oluşturmak zor olacaktır. Dr. Walsh, ancak, geri çevrilmedi; fon sağladı ve işe koyuldu.
Aspm nakavt gelinciği, insanlığın şimdiye kadar yarattığı sadece ikinci nakavt gelinciktir.
Beklendiği gibi, Aspm nakavt gelinciklerinin beyinleri normalden yüzde 40'a kadar daha küçüktü ve bu da onu mikrosefalinin insan versiyonuna çok daha yakın hale getirdi. Ve insan mikrosefalisinde olduğu gibi, kortikal kalınlık değişmedi.
Beyin evrimine bir ipucu
İnsan mikrosefali için yeni ve kullanışlı bir model tasarlamanın yanı sıra, bilim adamları ayak parmaklarını çok daha zorlu bir soruna da soktular: Bu kadar büyük beyinleri nasıl geliştirdik?
Apsm'nin kaybının gelinciklerin beyinlerini bu şekilde nasıl etkilediğini araştırdılar. Kusurlar, radyal glial hücrelerin davranış biçimindeki değişikliklere kadar izlendi.
Radyal glial hücreler, sinir sisteminin kök hücreleri olan nöroepitelyal hücrelerden gelişir. Bunlar, kortekste bir dizi farklı hücre tipine dönüşebilir.
Gelişmekte olan beyin ventriküllerinin yakınından başlayarak, radyal glial hücreler oluşturan kortekse doğru hareket eder. Bu hücreler başlangıç noktalarından uzaklaştıkça, farklı beyin hücrelerine dönüşme yeteneklerini yavaş yavaş kaybederler.
Ekip, Apsm eksikliğinin radyal glial hücrelerin ventriküllerden daha kolay ayrılmasına neden olduğunu ve göçlerine erken başladığını buldu.
Zamanlama bittiğinde, radyal glial hücrelerin diğer hücre türlerine oranı çarpık bir şekilde arttı ve kortekste daha az sinir hücresi oluşmasına neden oldu. Apsm, kortikal nöronların genel sayısını yukarı veya aşağı çeviren bir düzenleyici görevi görür. Ve burada insan beyninin evriminin ipucu yatıyor.
"Doğa, her şeyi yeniden tasarlamak zorunda kalmadan insan beyninin boyutunu değiştirme sorununu çözmek zorunda kaldı."
Byoung-Il Bae
Apsm, merkezcillerin işlevini veya hücre bölünmesinde yer alan hücresel yapıları etkileyerek beyin gelişimini bu şekilde değiştirir. Apsm olmadan, merkezciler işlerini düzgün yapmazlar.
Son zamanlarda, Apsm dahil olmak üzere merkezcil proteinlerin düzenlenmesinde rol oynayan birkaç gen evrimsel değişikliklere uğramıştır. Dr. Walsh, bizi şempanzelerden veya uzak kuzenlerimiz Neandertallerden ayıranın bu genler olabileceğine inanıyor.
Dr. Walsh, "Geçmişe bakıldığında mantıklı geliyor" diyor. "Gelişim sırasında beyinlerimizi bir araya getiren genler, evrimin beynimizi büyütmek için ayarladığı genler olmalı."
Bu tek geni değiştirerek, radyal glial hücrelerin göçü değiştirilebilir ve korteks büyüyebilir. Bu çalışmalar, mikrosefali için yeni bir model ve şişkin beynimizin kökeni hakkında yeni bir bakış açısı sağlıyor.
