مغز، این اندام پیچیده و شگفتانگیز بدن، هنوز هم رازهای بسیاری را در دل خود نهفته دارد. درک چگونگی شکلگیری آن، گامی بزرگ در شناخت عملکرد و بیماریهای مرتبط با آن است.
بر اساس پژوهشی که اخیراً در مجله Nature Neuroscience منتشر شده است، تیمی از محققان به سرپرستی دانشگاه استنفورد دریافتهاند که مغز انسان و سایر موجودات زنده، در واقع از دو سیستم عصبی مجزا اما همکار تشکیل میشود. این دو سیستم از همان مراحل اولیه رشد جنینی، به صورت موازی شروع به تکوین میکنند.
این مطالعه نشان میدهد که بخشهای مختلف مغز، از انواع متفاوتی از سلولهای جنینی به نام «سلولهای پیشساز» منشأ میگیرند.
پژوهشگران مشاهده کردند که یک نوع از این سلولهای پیشساز، به شکلگیری مغز پیشین و مغز میانی منجر میشود، در حالی که نوع دیگر، مسیر کاملاً متفاوتی را طی کرده و مغز پسین را تشکیل میدهد.
چگونگی کشف این مسیرهای مجزا
دانشمندان برای اولین بار این تفاوت را با بررسی رشد مغز موش در یکی از مراحل اولیه رشد جنینی، یعنی «گاسترولاسیون»، شناسایی کردند.
گاسترولاسیون مرحلهای حیاتی در تکوین اولیه جنین است که طی آن سلولها سازماندهی مجدد شده و ساختارهای اولیهای را ایجاد میکنند که در نهایت اندامهای مختلف بدن را میسازند.
سپس، محققان بررسی کردند که آیا «سلولهای بنیادی پرتوان انسانی» نیز از همین الگوهای رشد پیروی میکنند یا خیر.
آنها دریافتند که این سلولها نیز، بسته به پیامهای مولکولی دریافتی، میتوانند وارد این مسیرهای رشد متفاوت شوند.
در یک دستاورد علمی مهم، پژوهشگران موفق شدند سلولهای بنیادی انسانی را به گونهای هدایت کنند که به «نورونهای حرکتی مغز پسین» تبدیل شوند؛ این سلولها فعالیت الکتریکی از خود نشان داده و پروتئینهای مشخصه این نوع نورونها را نیز تولید میکردند.
دو نوع سلول پیشساز، دو برنامه رشد متفاوت
سلولهای پیشسازی که مغز پیشین و مغز میانی را میسازند، پروتئین خاصی را با استفاده از ژنی به نام Otx2 تولید میکنند.
در مقابل، سلولهایی که قرار است به بخشهای مغز پسین تبدیل شوند، ژنی به نام Gbx2 را بیان میکنند.
بنابراین، هر دو نوع سلول پیشساز در شکلگیری اندام کاملی که مغز نامیده میشود نقش دارند، اما نقش آنها قابل جایگزینی با یکدیگر نیست.
این تفاوت تنها به ژنهای فعال محدود نمیشود. نحوه بستهبندی DNA در این دو گروه سلولی نیز به طور بنیادی متفاوت است و هر کدام دارای یک «چشمانداز کروماتینی» کاملاً متمایز هستند.
کروماتین ساختاری است که DNA را درون سلول سازماندهی میکند و وضعیت آن میتواند تعیین کند چه ژنهایی در یک سلول فعال یا غیرفعال باشند.
اهمیت این یافته برای تحقیقات پزشکی
این کشف ممکن است توضیح دهد که چرا تلاشهای آزمایشگاهی برای تولید سلولهای سازنده مغز پسین در برخی موارد با شکست مواجه شدهاند.
احتمالاً پژوهشگران به جای استفاده از سلولهای پیشسازی که از ابتدا برای تبدیل شدن به بافت مغز پسین اختصاص یافتهاند، از سلولهایی استفاده کردهاند که سرنوشت آنها از قبل به سمت بافت مغز پیشین تعیین شده است.
رییان جوکهای، زیستشناس تکوینی و نویسنده اول مشترک مقاله، میگوید: «در زیستشناسی سلولهای بنیادی، افراد معمولاً روی ایجاد سلول نهایی، مانند نورون، تمرکز میکنند؛ اما مهم است که کار را از نخستین مراحل رشد جنینی آغاز کنیم.»
او اضافه میکند: «توجه دقیق ما به آن مرحله تکست و متن اولیه به ما اجازه داد این جدایی بنیادی در رشد مغز را پیدا کنیم.»
این بخش از پژوهش احتمالاً میتواند تحقیقات درباره بیماریهایی را که ساقه مغز را درگیر میکنند، سرعت ببخشد؛ بیماریهایی که ممکن است عملکردهای بسیار اساسی بدن را تحت تأثیر قرار دهند.
این یافته درباره تکامل مغز چه میگوید؟
اهمیت این کشف تنها به پزشکی محدود نمیشود و پرسشهای مهمی درباره تاریخ تکاملی مغز جانوران نیز ایجاد میکند.
کایل لو، زیستشناس تکوینی که آزمایشگاه او میزبان این پژوهش بوده است، میگوید: «پژوهش ما نشان میدهد که تکامل، دو سیستم عصبی موجود را از نظر فضایی در کنار یکدیگر قرار داده است.»
او اضافه میکند: «داشتن مغز به عنوان یک اندام واحد احتمالاً کارآمدتر بوده است، اما ما همچنان از این روش ابتدایی برای ساخت مغز به عنوان دو بخش جداگانه استفاده میکنیم.»
جوکهای نیز میگوید: «از یافتههای خودمان شگفتزده شدم، زیرا واژه “مغز” این تصور را ایجاد میکند که با اندامی پیوسته مواجه هستیم که احتمالاً یک منشأ واحد دارد.»
او ادامه میدهد: «اما حتی ۵۰۰ میلیون سال پیش نیز این سیستمهای عصبی جداگانه وجود داشتهاند که اکنون تقریباً مانند یک سیستم واحد عمل میکنند.»
البته این اظهارات به توضیح بیشتری نیاز دارند.
لو و جوکهای نمیگویند که این سیستمهای عصبی الزاماً در ابتدا دو اندام کاملاً جدا از یکدیگر بودهاند.
آنچه پژوهشگران توصیف میکنند، بیشتر نوعی استنباط تکاملی بر اساس نحوه رشد مغز جانوران امروزی در مرحله گاسترولاسیون است.
این الگو در چندین گونه جانوری دیده شد
پژوهشگران دریافتند این ساختار مرکب مغز، که در آن دو نوع سلول پیشساز برای تشکیل یک اندام کامل با یکدیگر همکاری میکنند، در مرحله گاسترولاسیون جنینهای چندین گونه مختلف وجود دارد.
این گونهها شامل:
- موش
- ماکاک
- مرغ
- گورخرماهی
- کرم بلوطی
هستند.
تمام این جانوران در درخت تکاملی حیات، نیای مشترکی دارند و دانشمندان تخمین میزنند که این گروهها حدود ۵۵۰ میلیون سال پیش از یک نیای مشترک منشعب شدهاند.
بنابراین، مطالعه نشان میدهد که مغز جانوران، از جمله مغز انسان، ممکن است صدها میلیون سال است که از یک الگوی دو مرحلهای یا دو بخشی مشابه برای شکلگیری استفاده میکند.
اما شواهد فعلی هنوز نمیتوانند مشخص کنند که آیا این دو بخش در گذشته واقعاً به طور مستقل از یکدیگر تکامل یافتهاند یا خیر.
این پرسشی است که تحقیقات آینده باید به آن پاسخ دهند.
جمعبندی: راز دوگانه شکلگیری مغز کشف شد
یک پژوهش به رهبری دانشگاه استنفورد نشان میدهد که مغز انسان و سایر جانوران ممکن است از دو جمعیت متمایز سلولهای پیشساز جنینی شکل بگیرند که از نخستین مراحل رشد جنین، مسیرهای متفاوتی را دنبال میکنند.