Laboratuvarda yetiştirilen “mini beyinler” üzerinde yapılan çalışmalar, atalarımızın beynindeki bir mutasyonun, modern insan zihnini oluşturmuş olabileceğini öne sürüyor.
Karmaşık dil, edebiyat ve mühendisliğe yol açan bu kadar gelişmiş bilişsel yetenekleri nasıl geliştirdik? Modern insan beyni, Neandertaller ve Denisovalılar gibi en yakın evrimsel akrabalarımızın beyninden ne yönden farklı? Bu ve bunun gibi sorularla birlikte bugünkü insanlara nasıl dönüştüğümüz, bilim insanlarının uzun zamandır cevaplamaya çalıştıkları bir soru.
Bilim insanları, soyu tükenmiş türlerden eski genleri insan “mini beyinlerine” yeniden dahil ederek yeni ipuçları bulmaya başladılar. (Mini beyinler, kendilerini insan beyninin küçük versiyonları halinde düzenleyen, laboratuvarda büyütülen kök hücre kümeleridir.)
İnsan evrimi hakkında bildiklerimizin çoğu, eski fosiller ve kemikler üzerinde yapılan çalışmalardan geliyor. Fosilleşmiş kafataslarının boyutunu ve şeklini inceleyerek, arkaik insanların beyinlerinin, daha büyük olmasa da modern insan kafatasları ile kabaca aynı büyüklükte olduğunu ve farklı şekiller gibi göründüğünü de biliyoruz.
Bununla birlikte, bu tür varyasyonlar farklı bilişsel yetenek ve işlevlerle ilişkilendirilebilse de fosiller, şekillerin işlevi nasıl etkilediğini tek başlarına açıklayamıyor. Neyse ki, son teknolojik gelişmeler, nesli tükenmiş akrabalarımızdan ne kadar farklı olduğumuzu anlamanın yolunu gösteriyor.
Beynimiz eski insanlarınkinden ne kadar farklı?
DNA dizilimi, bilim insanlarının Neandertallerin ve Denisovanların genlerini modern insanlarınkilerle karşılaştırmalarına olanak sağlıyor. Bu, DNA’mızın çoğunu Neandertaller ve Denisovalılarla paylaştığımızı ortaya çıkararak farklılıkları ve benzerlikleri belirlemeye yardımcı oluyor.
Yine de bazı bölgelerde, yalnızca modern insanlar tarafından taşınan gen varyantları var. Bu insana özgü DNA bölgeleri, türümüzü soyu tükenmiş akrabalarımızdan ayıran özelliklerden işaret ediyor olabilir. Bu genlerin nasıl çalıştığını anlayarak modern insanlara özgü özellikleri öğrenebiliriz.
Arkaik ve modern DNA dizilerini karşılaştıran çalışmalar, beynin işlevi, davranışı ve gelişimi için önemli olan genlerdeki farklılıkları, özellikle de hücre bölünmesinde ve hücreler arasında elektriksel sinir uyarılarını ileten sinapslarda yer alan genleri saptıyor. Bunlar, modern insan beyninin Neandertal beyninden daha yavaş olgunlaştığını gösteriyor. Spesifik olarak, bebeklerde orbitofrontal korteksin gelişimi, Neandertallerden ayrılmasından bu yana önemli ölçüde ancak ince bir nüansla değişmiş olabilir.
Hangi evrimsel değişikliklerin kritik önemde olduğu uzun zamandır belirsizdi. Kaliforniya Üniversitesi’nden Alysson Muotri liderliğindeki bir ekip, geçtiğimiz günlerde Science Mag’de bu soruya cevap arayan bir çalışma yayınladı.
Bunu da deriden türetilen kök hücrelerden (organoidler olarak bilinen) mini beyinler yetiştirerek yaptılar. Beyin organoidleri bizimki gibi bilinçli değildir; çok basit işler ve kan kaynağının olmaması nedeniyle yaklaşık beş veya altı milimetreden daha büyük boyutlara ulaşamaz. Ancak beyin dalgaları yayabilir ve ışığa tepki veren nispeten karmaşık sinir ağları oluşturabilir.
Ekip, genlerin hassas bir şekilde düzenlenmesine ve manipülasyonuna izin veren “genetik makas” olarak bilinen Nobel ödüllü CRISPR-Cas9 teknolojisini kullanarak organoidlere, beyin gelişimiyle ilgili bir genin nesli tükenmiş bir versiyonunu ekledi. Bu eski versiyonun Neandertallerde ve Denisovanlarda mevcut olduğunu biliyorduk. Bir mutasyon, daha sonra geni modern insanların taşıdığı güncel versiyona dönüştürmüştü.
Tasarlanmış organoidler birkaç farklılık gösterdi. İnsan organoidlerinden daha yavaş genişlediler ve nöronlar arasında bağlantı oluşumunu değiştirdiler. Ayrıca, pürüzsüz ve küresel modern insan organoidlerine kıyasla daha küçüktüler ve pürüzlü, karmaşık yüzeylere sahiptiler.
Çalışma bize ne söylüyor?
Çalışma, modern ve arkaik insanlar arasında farklı olan 61 gen belirlemişti. Bu genlerden biri, erken beyin gelişimi sırasında diğer genlerin aktivitesini düzenlemede önemli bir role sahip olan NOVA1’dir; sinaps oluşumunda da rol oynar.
NOVA1’in değişen aktivitesinin, küçük bir kafaya sebep olan mikrosefali hastalığı, nöbetler, ciddi gelişimsel gecikme ve ailesel disautonomi adı verilen genetik bir bozukluk gibi nörolojik bozukluklara neden olduğu bulunmuş ve bunun normal insan beyni işlevi için önemli olduğunu düşündürmüştü.
Modern insanların taşıdığı versiyon, kodun tek bir harfinde değişiklik gösteriyor. Bu değişiklik, NOVA1 proteininin farklı bir bileşime ve muhtemelen farklı bir aktiviteye sahip olmasına neden oluyor.
İlginç bir şekilde bilim insanları, organoidleri analiz ederken arkaik NOVA1 geninin diğer 277 genin aktivitesini değiştirdiğini keşfetti; çoğu beyin hücreleri arasında sinapslar ve bağlantılar oluşturmada rol oynuyorlar.
Sonuç olarak, mini beyinler modern insandan farklı bir hücre ağına sahipti. Bu, NOVA1’deki mutasyonun beynimizde önemli değişikliklere neden olduğu anlamına gelir. DNA kodunun tek bir harfindeki değişiklik, muhtemelen modern insanlarda yeni bir beyin işlevinin tetikleyicisi oluyordu. Bilmediğimiz şey de bunun tam olarak nasıl olduğu.
Ekip, her birini veya birkaçının kombinasyonunu değiştirdiğinizde ne olacağını görmek için diğer 60 geni daha ayrıntılı olarak araştırarak büyüleyici bulguları takip edeceklerini söylüyor.
Organoidlerin bu antik türlerin beyinleri hakkında önemli bilgiler verdiği şüphesiz ilgi çekici bir araştırma alanı olsa da daha yolun başındayız. Tek bir genin manipülasyonu, gerçek Neandertal ve Denisovan genetiğini yakalayamaz. Ancak yine de bilim insanlarının insana özgü bazı genlerin nasıl çalıştığını anlamalarına yardımcı olabilir.
Derleyen: Batuhan Sarıcan ([email protected])
