دانشمندان راز فقدان پیچش‌های مغزی در برخی از میمون‌ها را کشف کرده‌اند

به گزارش مجله خبری نگار، مغز نخستی‌سانان نه تنها از نظر اندازه، بلکه از نظر شکل نیز با هم متفاوت است: در انسان‌ها، سطح مغز با چین‌های متعددی پوشیده شده است، در حالی که در برخی از میمون‌های کوچک، تقریباً صاف باقی می‌ماند. دانشمندان کشف کرده‌اند که این تفاوت‌ها با رشد سلول‌هایی که نورون‌ها را ایجاد می‌کنند، مرتبط است. در میمون‌های کوچک معمولی، این سلول‌ها کندتر تقسیم می‌شوند، ساختار ساده‌تری دارند و زمان کمتری را صرف تولید مثل فعال می‌کنند. مقاله ایزوستیا توضیح می‌دهد که چرا مغز برخی از نخستی‌سانان با چین‌ها پوشیده شده است، در حالی که برخی دیگر تقریباً صاف باقی می‌مانند.

چرا مغز میمون‌های مارموست تقریباً صاف است؟

محققان مرکز نخستی‌سانان آلمان در گوتینگن، رشد مغز میمون‌های کوچک آمریکای جنوبی (Callithrix jacchus) را بررسی و آن را با رشد مغز انسان مقایسه کردند. دانشمندان کشف کردند که ویژگی‌های ساختاری مغز این میمون‌ها با چندین تفاوت در عملکرد سلول‌های پیش‌ساز که باعث ایجاد سلول‌های عصبی می‌شوند، مرتبط است. نتایج در مجله Science Advances منتشر شد.

در انسان، سطح مغز پوشیده از چین و شیار است. این ساختار به طور قابل توجهی سطح قشر مغز را افزایش می‌دهد و امکان وجود نورون‌های بیشتر را فراهم می‌کند. در میمون‌های کوچک معمولی، سطح مغز تقریباً صاف است و چین‌ها به طور ضعیفی مشخص شده‌اند.

در ابتدای رشد، مغز مارموست ساختار معمولی دارد که مشخصه نخستی‌سانان با مغز‌های بزرگتر و چین‌خورده‌تر است. این بدان معناست که با پیشرفت رشد، تفاوت‌هایی ایجاد می‌شود: تولید سلول‌های عصبی کند می‌شود و قشر مغز با سرعت کمتری رشد می‌کند.

در اوایل رشد، مغز میمون مارموست معمولی ساختار و ترکیب معمول مغز بزرگ و چین‌خورده‌ی نخستی‌سانان را نشان می‌دهد. در نتیجه، با پیشرفت رشد، فرآیند‌هایی باید رخ دهند که در واقع تولید سلول‌های عصبی را کند می‌کنند.

برای درک دلایل این تفاوت‌ها، محققان ارگانوئید‌های مغزی انسان و مارموست - ساختار‌های کوچک و سه‌بعدی رشد یافته از سلول‌هایی که برخی از ویژگی‌های رشد اولیه مغز را بازتولید می‌کنند - را با هم مقایسه کردند. دانشمندان توجه ویژه‌ای به سلول‌های پیش‌ساز داشتند که نورون‌ها را تولید می‌کنند و از این طریق بر اندازه و شکل آینده قشر مغز تأثیر می‌گذارند.

این مطالعه نشان داد که برخی از انواع سلول‌های پیش‌ساز در مارموست‌ها به طور قابل توجهی کندتر از انسان‌ها تقسیم می‌شوند. برخی دیگر ساختار ساده‌تر و فرآیند‌های کمتری دارند. این سلول‌ها توانایی تکثیر کمتری دارند و در نتیجه سلول‌های عصبی کمتری در طول رشد تشکیل می‌شوند.

تحقیقات ما نشان داده است که برخی از سلول‌های پیش‌ساز در میمون‌های مارموست معمولی به طور قابل توجهی کندتر از سلول‌های پیش‌ساز در انسان تقسیم می‌شوند. سایر سلول‌های پیش‌ساز ساختار ساده‌تری نسبت به همتایان انسانی خود دارند - آنها زوائد کمتری دارند و بنابراین کمتر فعال تکثیر می‌شوند.

به گفته او، هر دوی این عوامل در نهایت منجر به تشکیل سلول‌های عصبی کمتر می‌شوند که به کوچک‌تر شدن اندازه قشر مغز میمون‌های مارموست و چین‌خوردگی‌های کمتر کمک می‌کند. بنابراین، تفاوت‌ها در ساختار مغز را نمی‌توان با یک عامل واحد توضیح داد. رشد مغز به طور همزمان تحت تأثیر سرعت تقسیم سلولی و ویژگی‌های خاص ساختار آنها قرار دارد. این فرآیند‌ها در کنار هم، تعداد نورون‌های تشکیل شده در طول رشد را محدود می‌کنند.

چرا رشد مغز کند می‌شود

دانشمندان تفاوت دیگری را شناسایی کرده‌اند: مارموست‌ها دوره کوتاه‌تری دارند که طی آن سلول‌های پیش‌ساز آنها قادر به تکثیر سریع هستند. در مقایسه با انسان‌ها، سلول‌های آنها زودتر از این مرحله رشد فعال خارج می‌شوند. این امر همراه با تقسیم کندتر و ساختار ساده‌تر، منجر به تشکیل نورون‌های کمتری در قشر مغز می‌شود.

برای تأیید نتایج به‌دست‌آمده با ارگانوئیدها، محققان برخی از آزمایش‌های کلیدی را با استفاده از بافت مغز جنین میمون مارموست تکرار کردند. این رویکرد به آنها اجازه داد تا مشاهدات ساختار‌های رشدیافته در آزمایشگاه را با رشد یک مغز واقعی مقایسه کنند.

این مطالعه مزایای روش‌های درون‌تنی (in vivo) و برون‌تنی (in vitro) را با هم ترکیب می‌کند. ارگانوئید‌ها برای دستیابی به نتایج آماری قابل اعتماد بسیار مناسب هستند، زیرا دستیابی به چنین حجم نمونه‌ای در مطالعات نخستی‌سانان غیرممکن است. سپس برخی از آزمایش‌های کلیدی را در بافت مغز جنین تکرار کردیم تا نتایج به دست آمده با ارگانوئید‌ها را تأیید کنیم.

دانشمندان همچنین تطابقی بین رشد مدل آزمایشگاهی و مغز حیوان برقرار کردند. یک ارگانوئید مغز مارموست در روز پنجاهم رشد، با مرحله رشد مغز یک میمون واقعی در تقریباً روز نودم مطابقت داشت. این مقایسه به تفسیر دقیق‌تر نتایج کمک کرد: ارگانوئید‌ها و مغز حیوان لزوماً با سرعت یکسانی رشد نمی‌کنند.

نتایج این مطالعه نشان می‌دهد که چگونه چندین تفاوت نسبتاً کوچک در رفتار سلول می‌تواند منجر به تغییرات قابل توجهی در اندازه و شکل مغز شود. اگر سلول‌های پیش‌ساز نورون‌های کمتری تولید کنند و زودتر از موعد تولید مثل فعال خود را متوقف کنند، قشر مغز با سرعت کمتری رشد می‌کند و چین‌های کمتری ایجاد می‌کند.

این به توضیح تنوع ساختار مغز در نخستی‌سانان کمک می‌کند. گونه‌های مختلف نه تنها در اندازه مغز، بلکه در سرعت رشد، مدت زمان تکثیر سلول‌های پیش‌ساز و ویژگی‌های خاص ساختار آنها نیز می‌توانند متفاوت باشند. ترکیب این عوامل بر تعداد سلول‌های عصبی تشکیل شده و میزان چین‌خوردگی قشر مغز تأثیر می‌گذارد.

این مطالعه تفاوت‌های تکاملی را به یک مکانیسم واحد تقلیل نمی‌دهد: دانشمندان چندین فرآیند سلولی به هم پیوسته را کشف کردند که در کنار هم ویژگی‌های مغز میمون‌های مارموست را توضیح می‌دهند. این یافته‌ها به درک بهتر چگونگی نقش تغییرات در سطح سلولی در ایجاد اندازه‌ها و شکل‌های متنوع مغز در نخستی‌سانان کمک می‌کند.