بازنویسی تاریخچه تکاملی مغز

پالیوم یا پوسته مغز، ناحیه‌ای است که در آن نئوکورتکس در پستانداران تشکیل می‌شود؛بخشی که مسئول عملکردهای شناختی و پیچیده‌ای است که انسان را از سایر گونه‌ها متمایز می‌کند. پالیوم به‌طور سنتی ساختاری قابل مقایسه درمیان پستانداران، پرندگان و خزندگان در نظر گرفته می‌شود که تنها درسطوحی از پیچیدگی، متفاوت است. فرض بر این بود که این ناحیه دارای انواع اعصابی مشابه با مدارهایی برابر برای پردازش حسی و شناختی است.

مطالعات قبلی وجود نورون‌های تحریک‌کننده و بازدارنده مشترک و همچنین الگوهای اتصال عمومی را که مسیر تکاملی مشابهی را در این‌ گونه‌های مهره‌دار نشان می‌دهد، شناسایی کرده بود. با این حال مطالعات جدید نشان می‌دهد که اگرچه عملکردهای کلی پالیوم در میان این گروه‌ها معادل با یکدیگر بوده اما مکانیسم‌های رشد و هویت مولکولی نورون‌های آن به طور قابل‌توجهی در طول تکامل متفاوت بوده است.


همگرایی تکاملی مدارهای حسی در پالیوم آمنیوت‌ها
اولین مطالعه که توسط انریتس روئدا آلانیا و فرناندو گارسیا مورنو در مرکز علوم اعصاب آچوکارو اسپانیا و با کمک و حمایت یک تیم چند رشته‌ای از همکاران پژوهشی مراکز تحقیقاتی سیکس‌بایوگون و BCAM باسک، دانشگاه مایورکا، موسسه تحقیقاتی کرمبیل کانادا و دانشگاه استکهلم انجام شد، نشان می‌دهد در حالی که پرندگان و پستانداران مدارهایی با عملکردهای مشابه ایجاد کرده‌اند اما نحوه شکل‌گیری این مدارها در طول دوره رشد جنینی کاملا متفاوت است.

دکتر گارسیا مورنو،رئیس آزمایشگاه رشد وتکامل مغز این‌گونه توضیح می‌دهد:«نورون‌ها درهرگونه، درمکان‌ها و زمان‌های مختلفی از دوره رشد، تشکیل می‌شوند. این نشان می‌دهد که آنها نورون‌های قابل مقایسه‌ای با یکدیگر نیستند که از یک جد مشترک مشتق شده‌اند.» محققان با استفاده از رونویسی فضایی و مدل‌سازی ریاضی دریافتند که نورون‌های مسئول پردازش حسی در پرندگان و پستانداران با استفاده از مجموعه‌های مختلفی از ژن‌ها شکل می‌گیرند.

ابزارهای ژنتیکی که آنها برای ایجاد هویت سلولی خود استفاده می‌کنند از گونه‌ای به گونه دیگر متفاوت است و هرکدام انواع سلولی جدید و منحصر‌به‌فردی را نشان می‌دهند. همه اینها نشان می‌دهد که این ساختارها ومدارها همولوگ(همتا) نیست؛ بلکه نتیجه تکامل همگرا است، به این معنی که آنها به طور مستقل این مدارهای عصبی ضروری را از طریق مسیرهای تکاملی مختلف توسعه داده‌اند.


منشأ رشد و تکامل انواع و ساختار سلول‌های پالیال در پرندگان
مطالعه دوم این تفاوت‌ها را بیشتر مورد بررسی قرارمی‌دهد؛ اطلسی که در دانشگاه هایدلبرگ آلمان و با کارگردانی مشترک باستین زارمبا، هنریک کاسمان و فرناندو گارسیا مورنو اجرا شد، نوع سلولی دقیقی ازمغز پرندگان ارائه می‌دهد و آن را با اطلس پستانداران و خزندگان مقایسه می‌کند.

پژوهشگران توانستند صدها ژنی را که هر نوع نورون در این مغزها استفاده می‌کند، سلول به سلول توصیف کنند و آنها را با ابزارهای بیوانفورماتیک مقایسه کنند.

نتایج نشان می‌دهد که پرندگان بیشتر نورون‌های بازدارنده موجود در تمام مهره‌داران دیگر را برای صدها میلیون سال حفظ کرده‌اند. با این حال نورون‌های تحریک‌کننده آنها که مسئول انتقال اطلاعات در پالیوم است، به روشی منحصر به فرد تکامل یافته‌ است. تنها چند نوع نورون در مغز پرندگان باپروفایل‌های ژنتیکی مشابه با نمونه‌های موجود در پستانداران، مانند کلاستروم و هیپوکامپ شناسایی شد که نشان می‌دهد برخی از نورون‌ها بسیار قدیمی و در بین گونه‌های مختلف، مشترک است.

دکتر گارسیا مورنو توضیح می‌دهد:«با این حال بیشتر نورون‌های تحریک‌کننده در هر گونه، به روش‌های جدید و متفاوتی تکامل یافته‌ است.»
 

اهمیت مطالعه تکامل مغز سایر جانداران
در هر دو مطالعه از تکنیک‌های پیشرفته در رونویسی فضایی، زیست‌شناسی عصبی رشد، آنالیز تک سلولی و مدل‌سازی ریاضی برای ردیابی تکامل مدارهای مغزی در پرندگان، پستانداران و خزندگان استفاده شده است.این مطالعات نشان می‌دهد که تکامل راه‌حل‌های متعددی برای ساختن مغزهای پیچیده پیدا کرده است. پرندگان بدون این‌که مسیری مشابه پستانداران طی کنند، مدارهای عصبی پیچیده‌ای را از طریق مکانیسم‌های خود ایجاد کرده‌اند.این یافته‌ها انعطاف‌پذیری تکاملی رشد مغز را برجسته می‌کند و نشان می‌دهد که عملکردهای شناختی پیشرفته می‌تواند از طریق مسیرهای ژنتیکی و سلولی بسیار متفاوت ظاهر شوند.

دکتر گارسیا مورنو توضیح می‌دهد: «این مغز است که از ما انسان می‌سازد؛ و البته ما را از طریق یک تاریخ تکاملی مشترک به دیگر گونه‌های جانوری متصل می‌کند.»

دکتر گارسیا مورنو از این نوع تحقیقات بنیادی حمایت می‌کند: «تنها با درک چگونگی شکل‌گیری مغز، هم در رشد جنینی و هم در تاریخ تکاملی‌اش، می‌توانیم واقعا نحوه عملکرد آن را درک کنیم.»

این کشف که پرندگان و پستانداران به طور مستقل مدارهای عصبی مغزشان را توسعه داده‌اند، پیامدهای عمده‌ای برای علوم اعصاب مقایسه‌ای دارد. درک برنامه‌های ژنتیکی مختلف که باعث ایجاد انواع خاصی از نورون‌ها می‌شود، می‌تواند راه‌های جدیدی را برای تحقیقات در توسعه علوم اعصاب باز کند.