ما الذي يجعل دماغك مختلفًا عن إنسان نياندرتال؟

اكتشف العلماء خللًا في حمضنا النووي ربما ساعد في فصل أذهان أسلافنا عن عقول إنسان نياندرتال وغيرهم من الأقارب المنقرضين.

تحفز الطفرة ، التي نشأت في مئات الآلاف من السنين الماضية ، على تطوير المزيد من الخلايا العصبية في جزء الدماغ الذي نستخدمه لأشكال تفكيرنا الأكثر تعقيدًا ، وفقًا لتقرير جديد. دراسة نُشر في Science يوم الخميس.

قال ويلاند هوتنر ، عالم الأعصاب في معهد ماكس بلانك لبيولوجيا الخلايا الجزيئية وعلم الوراثة في دريسدن بألمانيا ، وأحد مؤلفي الدراسة: “ما وجدناه هو جين واحد يساهم بالتأكيد في جعلنا بشرًا”.

يسمح لنا الدماغ البشري بالقيام بأشياء لا تستطيع الكائنات الحية الأخرى القيام بها ، مثل استخدام لغة كاملة ووضع خطط معقدة للمستقبل. لعقود من الزمان ، كان العلماء يقارنون تشريح دماغنا بتشريح الثدييات الأخرى لفهم كيفية تطور تلك الكليات المتطورة.

الميزة الأكثر وضوحًا للدماغ البشري هي حجمه – أربعة أضعاف حجم الشمبانزي ، أقرب أقربائنا الأحياء.

يمتلك دماغنا أيضًا سمات تشريحية مميزة. منطقة القشرة الموجودة خلف أعيننا ، والمعروفة باسم الفص الجبهي ، ضرورية لبعض أفكارنا الأكثر تعقيدًا. وفق دراسة من 2018، الفص الجبهي البشري يحتوي على خلايا عصبية أكثر بكثير من المنطقة نفسها في الشمبانزي.

لكن مقارنة البشر بالقردة الحية لها عيب خطير: فقد عاش أحدث أسلافنا المشتركين مع الشمبانزي منذ ما يقرب من سبعة ملايين سنة. لملء ما حدث منذ ذلك الحين ، اضطر العلماء إلى اللجوء إلى حفريات أسلافنا الأحدث ، والمعروفة باسم أشباه البشر.

بعد فحص جماجم أشباه البشر ، اكتشف علماء الأنثروبولوجيا القديمة أن أدمغة أسلافنا زيادة كبيرة بحجم بدأ منذ حوالي مليوني سنة. لقد وصلوا إلى حجم البشر الأحياء منذ حوالي 600000 عام. إنسان نياندرتال ، من بين أقرب أقربائنا من أشباه البشر المنقرضين ، كان لديهم أدمغة كبيرة مثل أدمغتنا.

لكن أدمغة إنسان نياندرتال كانت ممدودة ، في حين أن البشر لديهم أ شكل كروي أكثر. لا يستطيع العلماء تحديد سبب هذه الاختلافات. أحد الاحتمالات هو أن مناطق مختلفة من أدمغة أسلافنا تغيرت في الحجم.

في السنوات الأخيرة ، بدأ علماء الأعصاب التحقيق في الأدمغة القديمة بمصدر جديد للمعلومات: أجزاء من الحمض النووي محفوظة داخل أحافير أشباه البشر. أعاد علماء الوراثة بناء جينومات كاملة لـ إنسان نياندرتال فضلا عن أبناء عمومتهم الشرقية ، و دينيسوفان.

ركز العلماء على الاختلافات الحاسمة المحتملة بين جينومنا وجينوم إنسان نياندرتال ودينيسوفان. يحتوي الحمض النووي البشري على حوالي 19000 جين. تتطابق البروتينات المشفرة بواسطة تلك الجينات في الغالب مع تلك الموجودة في إنسان نياندرتال ودينيسوفان. لكن الباحثين اكتشفوا 96 طفرة خاصة بالبشر غيرت بنية البروتين.

في عام 2017 ، كانت Anneline Pinson ، الباحثة في مختبر الدكتور Huttner ، تبحث في قائمة الطفرات هذه ولاحظت طفرة غيرت جينًا يسمى TKTL1. لقد عرف العلماء أن TKTL1 يصبح نشطًا في القشرة البشرية النامية ، خاصة في الفص الجبهي.

قال الدكتور بينسون: “نحن نعلم أن الفص الجبهي مهم للوظائف الإدراكية”. “لذلك كان هذا تلميحًا جيدًا أنه يمكن أن يكون مرشحًا مثيرًا للاهتمام.”

أجرت الدكتورة بينسون وزملاؤها تجارب أولية على TKTL1 في الفئران والقوارض. بعد حقن النسخة البشرية من الجين في أدمغة الحيوانات النامية ، وجدوا أنه تسبب في إنتاج المزيد من الخلايا العصبية للفئران والقوارض.

بعد ذلك ، أجرى الباحثون تجارب على الخلايا البشرية ، باستخدام أجزاء من أنسجة دماغ الجنين التي تم الحصول عليها من خلال موافقة النساء اللائي أجهضن في مستشفى دريسدن. استخدم الدكتور بينسون مقص جزيئي لاقتطاع جين TKTL1 من الخلايا في عينات الأنسجة. بدونها ، ينتج أنسجة المخ البشري عددًا أقل مما يسمى بالخلايا السلفية التي تؤدي إلى ظهور الخلايا العصبية.

في تجربتهم النهائية ، شرع الباحثون في إنشاء ملف مصغرة مثل دماغ إنسان نياندرتال. لقد بدأوا بخلية جذعية جنينية بشرية ، وقاموا بتعديل جين TKTL1 بحيث لا يكون لديه 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 التي دفعتها لتتحول إلى كتلة من أنسجة المخ النامية ، تسمى عضوي الدماغ. ولَّدت خلايا دماغية أصلية ، والتي أنتجت بعد ذلك قشرة دماغية مصغرة مكونة من طبقات من الخلايا العصبية.

لقد صنع العضو العضوي الدماغي الشبيه بإنسان نياندرتال عددًا أقل من الخلايا العصبية مقارنةً بالعضويات مع النسخة البشرية من TKTL1. يشير ذلك إلى أنه عندما تحور جين TKTL1 ، يمكن لأسلافنا إنتاج خلايا عصبية إضافية في الفص الجبهي. في حين أن هذا التغيير لم يزيد من الحجم الكلي لدماغنا ، فقد يكون قد أعاد تنظيم أسلاكه.

قال لوران نجوين ، عالم الأعصاب في جامعة لييج في بلجيكا ، والذي لم يشارك في الدراسة: “هذه حقًا رحلة قوة”. “من اللافت للنظر أن مثل هذا التغيير الصغير له تأثير كبير على إنتاج الخلايا العصبية.”

الاكتشاف الجديد لا يعني أن TKTL1 ، بمفرده ، يقدم سر ما يجعلنا بشرًا. يبحث باحثون آخرون أيضًا في قائمة 96 طفرة مغيرة للبروتين ويقومون بإجراء تجارب خاصة بهم.

أفاد أعضاء آخرون في مختبر الدكتور هاتنر في يوليو أن طفرتين أخريين يغيران وتيرة انقسام خلايا الدماغ النامية. العام الماضي، وجد فريق من الباحثين في جامعة كاليفورنيا سان دييغو أن طفرة أخرى يبدو أنها تغير عدد الروابط التي تصنعها الخلايا العصبية البشرية مع بعضها البعض.

قد تكون الطفرات الأخرى مهمة أيضًا لأدمغتنا. على سبيل المثال ، مع تطور القشرة ، تحتاج الخلايا العصبية الفردية إلى الهجرة للعثور على مكانها المناسب. لاحظ الدكتور نجوين أن بعض الطفرات الـ 96 الفريدة من نوعها للبشر جينات متغيرة والتي من المحتمل أن تكون متورطة في هجرة الخلايا. وهو يتكهن بأن الطفرات الخاصة بنا قد تجعل خلايانا العصبية تتحرك بشكل مختلف عن الخلايا العصبية في دماغ إنسان نياندرتال.

قال: “لا أعتقد أنها نهاية القصة”. “أعتقد أن هناك حاجة إلى مزيد من العمل لفهم ما يجعلنا بشرًا من حيث نمو الدماغ.”