هكذا أصبحت أدمغة البشر أكبر: خلايانا تعاملت مع ضغوط الحجم

هكذا أصبحت أدمغة البشر أكبر: خلايانا تعاملت مع ضغوط الحجم

لقد طور البشر أدمغة كبيرة بشكل غير متناسب مقارنة بأقاربنا من الرئيسيات، لكن هذه الترقية العصبية جاءت بثمن. اكتشف العلماء الذين يدرسون هذه المقايضة سمات وراثية فريدة تكشف كيفية تعامل خلايا الدماغ البشرية مع الضغط الناتج عن الحفاظ على أداء الدماغ الكبير. يمكن أن يفتح هذا البحث طرقًا جديدة لفهم أمراض مثل مرض باركنسون والفصام بشكل أفضل.

ونشرت الدراسة في 15 نوفمبر 1 يركز على الخلايا العصبية التي تنتج الناقل العصبي الدوبامين. وهذا أمر بالغ الأهمية للحركة والتعلم والمعالجة العاطفية.

من خلال مقارنة الآلاف من خلايا الدوبامين العصبية المزروعة في المختبر من البشر والشمبانزي وقرود المكاك وإنسان الغاب، وجد الباحثون أن خلايا الدوبامين العصبية البشرية تعبر عن عدد أكبر من الجينات التي تعزز نشاط مضادات الأكسدة الضارة مقارنة بالخلايا العصبية للرئيسيات الأخرى.

ويوضح أندريه سوزا، عالم الأعصاب في جامعة ويسكونسن ماديسون، أن النتائج، التي لم تخضع لمراجعة النظراء بعد، هي خطوة نحو "فهم تطور الدماغ البشري وجميع الجوانب الإيجابية والسلبية المحتملة المرتبطة به". "من المثير للاهتمام والمهم أن نعرف حقًا ما هو محدد في الدماغ البشري، مع إمكانية تطوير علاجات جديدة أو حتى الوقاية من الأمراض في المستقبل."

الخلايا العصبية المجهدة

كما أدى المشي المستقيم إلى مشاكل في الركبة والظهر، كما أدت التغيرات في بنية الفك والنظام الغذائي إلى مشاكل في الأسنان، فإن التوسع السريع للدماغ البشري على مر الزمن التطوري قد خلق تحديات لخلاياه، كما يقول المؤلف المشارك في الدراسة أليكس بولين، عالم الأعصاب في جامعة كاليفورنيا، سان فرانسيسكو. "لقد افترضنا حدوث عملية مماثلة وأن خلايا الدوبامين العصبية هذه قد تمثل مفاصل ضعيفة."

باستخدام تقنية التصوير، أظهر بولين وفريقه أن منطقتين من الدماغ التي تتطلب الدوبامين أكبر بكثير في البشر منها في قرود المكاك. قشرة الفص الجبهي أكبر بـ 18 مرة والجسم المخطط أكبر بسبع مرات تقريبًا.

ومع ذلك، يقول بولين إن البشر لديهم فقط ضعف عدد الخلايا العصبية الدوبامين الموجودة لدى أقاربهم من الرئيسيات. وبالتالي، يجب على هذه الخلايا العصبية أن تتمدد أكثر وأن تعمل بجهد أكبر - حيث تشكل كل منها أكثر من مليوني مشبك عصبي - في الدماغ البشري الأكبر حجمًا والأكثر تعقيدًا.

يقول نيناد سيستان، عالم الأعصاب التنموي بجامعة ييل في نيو هيفن بولاية كونيتيكت: "إن الخلايا العصبية الدوبامين هي رياضيون حقيقيون". "يتم تفعيلها باستمرار."

لفهم كيفية تكيف خلايا الدوبامين العصبية البشرية لتلبية متطلبات الدماغ الكبير، قام بولين وزملاؤه بتنمية نسخ من هذه الخلايا في المختبر.

وقاموا بدمج الخلايا الجذعية - التي يمكن أن تتطور إلى العديد من أنواع الخلايا - من ثمانية بشر، وسبعة شمبانزي، وثلاثة قرود المكاك، وإنسان الغاب، وقاموا بتنميتها إلى هياكل مصغرة تشبه الدماغ تسمى الأعضاء العضوية. وبعد 30 يومًا، بدأت هذه الهياكل في إنتاج الدوبامين، لمحاكاة نمو الدماغ.

ثم قام الفريق بإجراء تسلسل وراثي لخلايا الدوبامين العصبية لقياس الجينات التي تم تنشيطها وكيفية تنظيمها.

وفي تحليل الخلايا العصبية البشرية والشمبانزي، وجد الباحثون أن الخلايا العصبية البشرية تعبر عن مستويات أعلى من الجينات التي تدير الإجهاد التأكسدي - وهو نوع من تلف الخلايا الذي يمكن أن يحدث بسبب عملية إنتاج الدوبامين كثيفة الاستهلاك للطاقة. تقوم هذه الجينات بتشفير الإنزيمات التي تحطم وتحييد الجزيئات السامة التي تسمى أنواع الأكسجين التفاعلية والتي يمكن أن تلحق الضرر بالخلايا.

للتحقق مما إذا كانت خلايا الدوبامين العصبية البشرية قد طورت استجابات فريدة للإجهاد، استخدم الباحثون مبيدًا حشريًا يسبب الإجهاد التأكسدي للعضويات. ووجدوا أن الخلايا العصبية التي تطورت من الخلايا البشرية زادت إنتاجها لجزيء يسمى BDNF، والذي ينخفض ​​لدى الأشخاص المصابين بأمراض التنكس العصبي مثل مرض باركنسون. ومع ذلك، لم يتم ملاحظة نفس الاستجابة في الخلايا العصبية للشمبانزي.

تعزيز المرونة

إن فهم آليات الحماية هذه يمكن أن يدعم تطوير علاجات تقوي الدفاعات الخلوية للأشخاص المعرضين لخطر الإصابة بمرض باركنسون. يوضح سوزا: "قد لا تكون بعض آليات الحماية هذه موجودة لدى الجميع بسبب الطفرات". "وهذا يخلق ضعفًا إضافيًا لهؤلاء الأفراد."

يقول بولين: "هناك بعض الأهداف المحتملة التي قد يكون من المثير للاهتمام إحداث الاضطراب فيها ثم زرعها في نماذج [حيوانية] من مرض باركنسون لمعرفة ما إذا كانت هذه تمنح الخلايا العصبية مرونة أكبر".

تمثل الكائنات العضوية التي تم فحصها في الدراسة خلايا عصبية نامية مكافئة لتلك الموجودة في الجنين ولا تلتقط التعقيد الكامل للخلايا العصبية البالغة. يقول سوزا إن الأبحاث المستقبلية تحتاج إلى دراسة كيفية استمرار مثل هذه الآليات الوقائية في الخلايا العصبية الناضجة والمتقدمة في السن، لأن "الأمراض التنكسية التي تؤثر على هذه الخلايا تحدث عادة في سن متأخرة".

1. نولبرانت، S. وآخرون. الطباعة المسبقة في bioRxiv: https://doi.org/10.1101/2024.11.14.623592

   جوجل الباحث العلمي  

تحميل الأدب