Beyin gelişimi ve nörolojik bozukluklar konusunda çalışma yürüten Kaliforniya Üniversitesi’nden bir ekip, insan beyninin evrimine odaklandıkları yeni çalışmalarında modern insanları, Neandertallerden ve Denisova insanından farklı kılan değişimleri inceledi.

Evrim çalışmaları genellikle, bir türün zaman içindeki değişiminin keşfedilmesini sağlayan iki aracın kullanımına dayalıdır: Genetik analizler ve fosillerin analizi. Ancak beyin yapısının ve fonksiyonun belirlenmesi, anlaşılması söz konusu olduğunda her iki yaklaşım da yetersiz kalmaktadır. Çünkü beyin, yapısı itibariyle, bilgi sağlayacak kadar fosilleşmesi büyük oranda mümkün olmayan bir organdır. Dolayısıyla araştırmacıların inceleyebileceği fiziksel kayıtlar oldukça sınırlıdır.

Bilim insanları evrimsel süreçlerin anlaşılmasında başat bir araç olarak tercih edilmeyen kök hücreleri bu çalışma için kullanarak sorunu aşmaya çalıştı. Kök hücreler, farklılaşarak çeşitli fonksiyonlar kazanmış hücrelerin öncüleri konumundadır. Bu nedenle uygun kök hücre tipleri laboratuvar ortamında beyin organoidleri oluşturmak için kullanılabilir.

Çalışmanın katılımcılarından Alysson R. Muotri ve meslektaşları, insan beyni ile şempanze ve bonobo gibi primat türlerinin beynini karşılaştırmak için kök hücre teknolojilerinin kullanılmasına öncülük etmişlerdi. Ancak söz konusu çalışmaya kadar nesli tükenmiş türler ile karşılaştırma yapılamayacağı düşünülmekteydi. 11 Şubat günü Science dergisinde yayımlanan çalışmada Muotri ve ekibi, modern insanların çeşitli popülasyonlarına ait genomlar ile Neandertaller ve Denisova insanı arasındaki farklılıkları katalogladı. Ardından bir gende gözlemledikleri değişikliği taklit ederek “Neandertalleştirilmiş” beyin organoidleri tasarladı. Bu tasarım için kök hücrelerden yararlandılar.

Muotri, insana ait genetik materyaldeki tek bir baz çifti değişikliğinin beyin fonksiyonlarındaki değişime etkisini görmenin büyüleyici olduğunu belirterek söz konusu değişimin evrimsel tarihte tam olarak ne zaman ve nasıl gerçekleştiğini bilmediklerini ancak bu değişimin önemli göründüğünü, sosyal davranış, dil, yaratıcılık ve teknoloji kullanımı gibi “modern yeteneklerimizi” açıklamaya yardımcı olabileceğini söylüyor.

Araştırmacılar ilk etapta modern insanlar ile nesli tükenmiş akrabalarımız arasında farklılık gösteren 61 farklı gen buldu. Bu genlerden biri olan NOVA1 dikkat çekiciydi, çünkü NOVA1 beyin gelişiminin erken evrelerinde pek çok geni etkileyen bir gen düzenleyicisidir. Bilim insanları Neandertallerdekine benzer bir NOVA1 tasarlamak için CRISPR teknolojisini kullandı. Ardından kök hücreleri “Neandertalleştirilmiş” beyin organoidleri oluşturmak için programladılar.

“Neandertalleştirilmiş” beyin organoidleri, çıplak gözle dahi modern insanlara ait beyin organoidlerinden farklı görünmekteydi. Ekip daha detaylı incelemelerin ardından iki beyin organoidi arasında daha büyük farkların olduğunu gördü. Hücrelerin çoğalma mekanizması, sinapslarda (nöronlar arası bölge) yer alan proteinler ve sinir hücrelerinin oluşma şekillerinde de farklılıklar bulunmaktaydı. Modern insanların beyin organoidlerinin elektriksel uyaran kullanımında daha erken bir evrede, daha yüksek aktivite gösterdiği de raporlandı.

Araştırmacılar, ilerleyen çalışmalarında, farklılık gösteren diğer 60 genle ilgili detaylı bilgiler elde etmeyi ve beynin evrim sürecine etki eden -özellikle de- genetik bazlı mekanizmalara dikkat çekmeyi hedefliyor.

Kaynak: Science Daily

Bilim ve Gelecek / 14.02.21