Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι το όργανο που μας ξεχωρίζει περισσότερο από όλα τα άλλα πρωτεύοντα. Το μεγάλο μέγεθός του, η πολυπλοκότητα και οι ικανότητές του ξεπερνούν κάθε άλλο είδος στον πλανήτη Γη.

Ωστόσο, μοιραζόμαστε έως και το 95% του γονιδιώματός μας με τους χιμπαντζήδες, τους πλησιέστερους ζωντανούς συγγενείς μας. Πώς γίνεται λοιπόν δύο τόσο στενά συνδεδεμένα είδη, σε γονιδιακό επίπεδο, να εμφανίζουν τόσο έντονες διαφορές στη λειτουργία του εγκεφάλου;

Σύμφωνα με μια μελέτη υπό την καθοδήγηση της καθηγήτριας Soojin Yi από το Πανεπιστήμιο της Καλιφόρνια, στη Σάντα Μπάρμπαρα, συγκεκριμένοι τύποι εγκεφαλικών κυττάρων μπορεί να κρατούν το «κλειδί». Η έρευνα πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με το Ινστιτούτο Ιατρικής Έρευνας Hospital del Mar στη Βαρκελώνη.

Τα αποτελέσματα δείχνουν ότι, ενώ οι άνθρωποι και οι χιμπαντζήδες μοιράζονται πολλά από τα ίδια γονίδια, οι διαφορές στη δραστηριότητα των γονιδίων μπορεί να εξηγούν τα μοναδικά χαρακτηριστικά του ανθρώπινου εγκεφάλου.

Η σημασία της γονιδιακής έκφρασης

Οι ερευνητές γνωρίζουν εδώ και καιρό ότι τα γονίδια λειτουργούν ως «σχέδιο» για έναν οργανισμό. Ωστόσο, οι βιολογικές διαδικασίες εξαρτώνται από το πώς, πότε και σε ποιο βαθμό ενεργοποιούνται ή απενεργοποιούνται αυτά τα γονίδια.

Διαβασε ακομα

Η ύπουλη διαταραχή που κοστίζει ακριβά

Αυτό μετριέται μέσω του mRNA, του μορίου που μεταφέρει τις οδηγίες ενός γονιδίου στη κυτταρική μηχανή.

Ενώ παλαιότερα οι επιστήμονες πίστευαν ότι οι διαφορές ανάμεσα στους ανθρώπους και τους χιμπαντζήδες βρίσκονταν στα ίδια τα γονίδια, η μεγάλη γενετική ομοιότητα (πάνω από 90%) υποδηλώνει ότι οι διαφορές έγκεινται στην έκφραση των γονιδίων – δηλαδή, στην ποσότητα mRNA που παράγεται.

Υπάρχουν αυξανόμενες ενδείξεις ότι ακόμα και μικρές αλλαγές στη ρύθμιση των γονιδίων μπορούν να οδηγήσουν σε σημαντικές αλλαγές στην ανατομία και τη συμπεριφορά. «Η διαφοροποιημένη γονιδιακή έκφραση είναι ουσιαστικά ο τρόπος με τον οποίο εξελίχθηκαν οι ανθρώπινοι εγκέφαλοι», δήλωσε η Yi.

Οι ερευνητές επικεντρώθηκαν στον εντοπισμό γονιδίων σε συγκεκριμένους τύπους εγκεφαλικών κυττάρων που ενδέχεται να εμφανίζουν αξιοσημείωτες διαφορές στην έκφραση μεταξύ ανθρώπων, χιμπαντζήδων και άλλων πρωτευόντων.

Νέες μέθοδοι και ανακαλύψεις

Παραδοσιακά, οι επιστήμονες μελετούσαν τη γονιδιακή έκφραση χρησιμοποιώντας δείγματα ιστού που περιείχαν μίγματα κυτταρικών τύπων. Αυτή η προσέγγιση καθιστούσε δύσκολο τον εντοπισμό μοναδικών μοτίβων δραστηριότητας.

Διαβασε ακομα

Εσείς ακούτε ήχους στο μυαλό σας ή έχετε σιωπηλό νου;

Στη νέα μελέτη, η ομάδα χρησιμοποίησε σύγχρονες τεχνικές για την ανάλυση ατομικών πυρήνων κυττάρων. Μέσω της απομόνωσης και της αλληλούχισης του γενετικού περιεχομένου μεμονωμένων κυττάρων, οι ερευνητές μπόρεσαν να κατηγοριοποιήσουν τα κύτταρα ανά τύπο και να μετρήσουν τα επίπεδα γονιδιακής έκφρασης.

Η εστίαση σε συγκεκριμένους κυτταρικούς πληθυσμούς αποκάλυψε λεπτομέρειες για το πώς η γονιδιακή δραστηριότητα σε διαφορετικές περιοχές και τύπους κυττάρων διαφέρει μεταξύ πρωτευόντων.

Τα δεδομένα από ανθρώπους, χιμπαντζήδες και μακάκους έδειξαν ότι πολλά γονίδια έχουν κοινά πρότυπα έκφρασης. Ωστόσο, οι άνθρωποι συχνά εμφανίζουν αυξημένη έκφραση, ιδιαίτερα σε κυτταρικούς τύπους που σχετίζονται με γνωστικές διαδικασίες.

Οι γλοιακοί κυτταρικοί τύποι και η επέκταση του εγκεφάλου

Αν και οι νευρώνες συχνά βρίσκονται στο επίκεντρο της συζήτησης για τις ικανότητες του ανθρώπινου εγκεφάλου, η μελέτη υπογραμμίζει τη σημασία των γλοιακών κυττάρων. Αυτά τα μη-νευρωνικά κύτταρα παρέχουν δομική στήριξη, μόνωση και άλλες βασικές λειτουργίες.

Ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει γενικά υψηλότερη αναλογία γλοιακών κυττάρων προς νευρώνες από ό,τι ο εγκέφαλος των χιμπαντζήδων, γεγονός που υποδηλώνει ότι αυτά τα κύτταρα μπορεί να συμβάλλουν στις προηγμένες γνωστικές ικανότητες.

Ιδιαίτερα τα ολιγοδενδροκύτταρα, τα οποία σχηματίζουν μυελίνη για την προστασία των νευρώνων και την επιτάχυνση της μετάδοσης σημάτων, εμφανίζουν σημαντικές διαφορές στη γονιδιακή έκφραση.

Διαβασε ακομα

Θα μπορέσουν ποτέ οι επιστήμονες να ανακτήσουν αναμνήσεις από το μυαλό ενός νεκρού;

Στο ευρύτερο πλαίσιο, η έρευνα για τη γονιδιακή έκφραση δείχνει πώς μικρές γονιδιακές διαφορές μπορούν να οδηγήσουν σε μεγάλες λειτουργικές διαφοροποιήσεις. Με την κατανόηση αυτών των ρυθμιστικών δικτύων στον εγκέφαλο, οι επιστήμονες πλησιάζουν στην εξήγηση των εξαιρετικών γνωστικών ικανοτήτων των ανθρώπων.

Με πληροφορίες από Earth.com