Evrimle ilgili temel bir soru yanıtlandı: İnsan beyninin maymunlara kıyasla neden büyük olduğunun sırrı çözüldü

DUVAR - insan beyninin şempanze ve goril beyinlerine kıyasla nasıl üç kat daha fazla nöron içererek daha fazla büyüdüğü ilk kez yeni bir çalışmayla tespit edildi. İngiltere’deki Cambridge Tıbbi Araştırma Konseyi (MRC) Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndaki araştırmacılar tarafından öncülük edilen çalışma, maymun beyin organoidlerinin insan organoidlerine daha benzer şekilde büyümesine ve bunun tersine neden olabilecek kilit önemdeki bir moleküler anahtarı ortaya çıkardı.

Cell dergisinde yayımlanan çalışmada, insan, goril ve şempanze kök hücrelerinden yetiştirilen ‘beyin organoidleri’ -beynin ilk dönemdeki gelişimini modelleyen kök hücrelerden yetiştirilen üç boyutlu dokular- karşılaştırıldı. İnsan beyni organoidleri, gerçek beyinlere benzer biçimde, diğer maymunların organoidlerinden çok daha fazla büyüdü.

'DİĞER MAYMUNLARLA ARAMIZDAKİ EN DİKKAT ÇEKİCİ FARK'

Çalışmaya öncülük eden MRC Moleküler Biyoloji Laboratuvarı’ndan Dr. Madeline Lancaster şunları söylüyor: “Bu, bizi yaşayan en yakın akrabalarımızdan, diğer büyük maymunlardan ayıran biçimde, gelişmekte olan insan beyninde nelerin farklı olduğuna ilişkin bir öngörü sağlıyor. Diğer maymunlarla bizim aramızdaki en dikkat çekici farklılık, beynimizin ne kadar büyük olduğuyla ilgili.” 

Beyin gelişiminin ilk aşamalarında, nöronlar ‘nöral progenitör’ adı verilen kök hücreler tarafından üretilir. Bu progenitör hücreler, başlangıç aşamasında aynı şekle sahip özdeş yavru hücrelerin bölünmelerini kolaylaştıran silindirik bir biçime sahiptir. Nöral progenitör hücreler bu evrede ne kadar çok çoğalırsa, daha sonra o kadar fazla nöron oluşur. Hücreler olgunlaştıkça ve çoğalmayı yavaşlattıkça uzarlar ve uzatılmış bir dondurma külahını andıran bir biçim alırlar.

Daha önce fareler üzerinde yapılan araştırmalar, nöral progenitör hücrelerinin konik bir şekle dönüştüğünü ve birkaç saat içinde çoğalmalarının yavaşladığını ortaya koymuştu. Şimdi, beyin organoidleri, araştırmacıların bu gelişimin insanlarda, gorillerde ve şempanzelerde nasıl gerçekleştiğini ortaya çıkarmalarının önünü açtı.

İNSANLARDAKİ SÜREÇ DAHA YAVAŞ İŞLİYOR

Araştırmacılar, gorillerde ve şempanzelerde, bu geçişin yaklaşık beş gün içinde meydana gelerek uzun zaman aldığını saptadı. İnsanların progenitörleri bu geçişte daha da yavaştı ve geçiş aşaması yaklaşık yedi gün sürüyordu. İnsan progenitör hücreleri silindir benzeri şekillerini diğer maymunlardan daha uzun süre korudular ve bu zaman diliminde daha sık bölünerek daha fazla hücre ürettiler.

Nöral progenitörlerden nöronlara geçiş hızında görülen bu fark, insan hücrelerinin çoğalmak doğrultusunda daha fazla zamana sahip olduğu anlamına geliyor. Bu durum, goril ya da şempanze beyinleriyle karşılaştırıldığında, insan beyinlerinde bulunan yaklaşık üç kat daha fazla sayıdaki nörondan büyük oranda sorumlu olabilir.

Dr Lancaster şunları söylüyor: “Oluşum aşamasında beyindeki hücrelerin şeklinde yaşanan gecikmiş bir değişimin, yaratılan nöronların sayısını belirlemeye yardımcı olarak gelişimin seyrini değiştirmek için yeterli olduğunu bulduk... Hücrenin biçimindeki görece basit bir evrimsel değişimin, beynin evriminde büyük neticeler doğurabilmesi dikkat çekici. Kendimi bildim bileli ilgilendiğim sorular üzerine gerçekten de temel bir şey öğrenmişiz gibi hissediyorum; yani bizi neyin insan yaptığını…”

‘ZEB2’ ADLI BİR GEN SORUMLU

Araştırmacılar, bu farklılıkları yönlendiren genetik mekanizmayı açığa çıkarmak amacıyla, insan beyni organoidlerindeki gen ifadesini -hangi genlerin harekete geçirilip, hangilerinin durdurulduğunu- diğer maymunlarla karşılaştırdılar. Bilim insanları, gorillerin beyin organoidlerinde, insanlardaki organoidlerden daha erken devreye giren ‘ZEB2’ adlı bir gendeki farklılıkları tespit ettiler.

Araştırmacılar, goril progenitör hücrelerindeki genin etkilerini test etmek amacıyla, ZEB2’nin etkilerini geciktirdiler. Bu durum, progenitör hücrelerin olgunlaşmasını yavaşlattı ve goril beyin organoidlerinin insandakine daha benzer - daha yavaş ve daha büyük- biçimde gelişmesine neden oldu. Buna karşın, insan progenitör hücrelerinde ZEB2 geninin daha erken harekete geçirilmesi, insan organoidlerinde erken bir geçişi teşvik etti ve neticede, daha ziyade maymun organoidlerine benzer biçimde geliştiler.

Araştırmacılar, organoidlerin bir model olduğunun ve tüm diğer modeller gibi gerçek beyinleri, özellikle de olgun beyin fonksiyonlarını tam anlamıyla kopyalayamadığının altını çiziyorlar. Bununla birlikte, bir kabın içindeki bu beyin dokuları, evrimimizle ilgili temel sorular bağlamında, beyin gelişiminin başka türlü araştırılması imkânsız olan hayati önemdeki aşamalarına eşi görülmemiş bir bakış atmamızı sağlıyor.

Dr Lancaster, 2013 yılında ilk beyin organoidlerini yaratan ekibin bir üyesiydi. Bu araştırma, Tıbbi Araştırma Konseyi, Avrupa Araştırma Konseyi ve İngiltere Kanser Araştırmaları kurumu tarafından finanse edildi.

Makalenin orijinali Science Daily sitesinde yayımlanmıştır. (Çeviren: Tarkan Tufan)