İnsan beyninin tek bir organ değil, birbiriyle birleşmeden önce bağımsız olarak evrimleşen iki ayrı sistemden oluştuğu ortaya kondu. Stanford Üniversitesi'ndeki bilim insanlarının beynin gelişim sürecine ilişkin yürüttüğü yeni araştırma, organın ön ve arka bölümlerinin tamamen farklı hücresel başlangıç noktalarından geliştiğini gösterdi. Bulgular, daha önce beynin tamamının tek bir ana kök hücreden geliştiği yönündeki yaygın kanıyı değiştiriyor.
Araştırma, Nature Neuroscience dergisinde yayımlandı. Çalışma, tıp alanındaki araştırmalar açısından önemli bir gelişme olarak değerlendirilirken, arka beyin hücrelerinin oluşumunun anlaşılması sayesinde insan kök hücrelerinin laboratuvar ortamında ilk kez işlevsel arka beyin motor nöronlarına dönüştürülmesi de sağlandı.
Laboratuvar Sorunu Araştırmayı Başlattı
Stanford ekibi, çalışmayı başlangıçta laboratuvarda karşılaştıkları uzun süredir devam eden bir sorunu çözmek amacıyla yürüttü. Araştırmacılar, beyin sapındaki kök hücrelerin laboratuvar ortamında çoğaltılmasının neredeyse imkansız olmasının, buna karşın beynin ön kısmındaki hücrelerin kolayca çoğaltılabilmesinin nedenini anlamaya çalıştı.
Bu sorunun peşine düşen ekip, beynin gelişiminin en erken aşamalarını incelemeye odaklandı. Yapılan incelemeler, beynin ön ve arka bölümlerinin tamamen farklı hücresel başlangıç noktalarından oluştuğunu ortaya çıkardı. Daha önce beynin tamamının tek bir ana kök hücreden geliştiği düşünülüyordu.
Gastrulasyon Aşamasında İki Farklı Hücre Grubu Tespit Edildi
Araştırmacılar, gastrulasyon olarak adlandırılan kritik gelişim aşamasında embriyoları inceledi. Gastrulasyon, basit bir hücre kümesinin gerçek vücut yapılarını oluşturacak şekilde organize olmaya başladığı dönem olarak tanımlanıyor.
Stanford ekibi bu aşamada iki farklı hücre grubu tespit etti. Hücre gruplarından biri yalnızca beynin ön kısmını oluşturacak şekilde programlanmışken, diğeri yalnızca arka kısmı oluşturuyordu. Daha ileri analizler, bu iki hücre grubunun içindeki genetik talimatların da tamamen farklı biçimlerde paketlendiğini gösterdi.
Genetik talimatların farklı paketlenmesi, hücreleri birbiriyle kesişmeyen ayrı gelişim yollarına yönlendiriyor. Bu bulgu, beynin ön ve arka bölümlerinin gelişimsel olarak birbirinden bağımsız iki hat üzerinden ilerlediğini doğruladı.
Stanford Üniversitesi Gelişim Biyolojisi Bölümü Doçenti Dr. Kyle Loh, bulguya ilişkin değerlendirmesinde, "Beynin tek bir organ olması muhtemelen daha verimli olurdu ancak biz, beyni iki ayrı parça halinde oluşturduğumuz ilkel yönteme bağlıyız" dedi.
Ön ve Arka Beyin Farklı İşlevler Üstleniyor
Araştırma, beynin iki sistemli yapısının işlevsel bir karşılığı olduğunu da ortaya koyuyor. Kafatasının tabanında bulunan arka beyin, vücudun otomatik kontrol merkezi olarak görev yapıyor. Bu bölüm, kalp atış hızı, solunum ve uyku döngüleri gibi hayati işlevleri yönetiyor.
Orta beyin ve ön beyin ise daha üst düzey bilişsel işlevlerden sorumlu. Dil, mantık ve soyut düşünme gibi işlevler bu bölümler tarafından yerine getiriliyor. İki sistemin farklı işlevler üstlenmesi, gelişimsel kökenlerindeki ayrışmayla paralellik gösteriyor.
500 Milyon Yıllık Evrimsel Köken ve Tıbbi Kazanım
Araştırmacılar, uzak evrimsel geçmişte bu iki sistemin ilkel hayvanların vücudunda fiziksel olarak ayrı bölgelerde bulunduğuna inanıyor. Bilim insanları bu durumu, denizanalarında vücudun farklı bölümlerine dağılmış ayrı sinir ağlarının bulunmasına benzetiyor.
İnsan beynindeki bu iki sistemli yapının meşe palamudu solucanlarında da bulunduğu tespit edildi. İnsanlarla uzak bir ortak atayı paylaşan bu deniz canlılarında da aynı yapının görülmesi, beynin iki parçalı tasarımının en az 500 milyon yıl öncesine dayandığına işaret ediyor.
Bulgular, tıp alanındaki araştırmalar açısından önemli bir gelişme olarak değerlendiriliyor. Araştırmacılar, arka beyin hücrelerinin nasıl özgün biçimde oluştuğunun anlaşılması sayesinde, insan kök hücrelerini laboratuvar ortamında ilk kez işlevsel arka beyin motor nöronlarına dönüştürmeyi başardı.
Belirli sinir hücrelerinin üretilebilmesi, özellikle alt beyindeki motor nöronları hedef alarak yok eden ölümcül nörodejeneratif hastalıklar üzerindeki araştırmaları önemli ölçüde hızlandırabilir. Bu hastalıklar arasında amyotrofik lateral skleroz (ALS) ve spinal müsküler atrofi (SMA) bulunuyor.
Sıkça Sorulan Sorular
İnsan beyninin iki ayrı sistemden oluştuğu nasıl keşfedildi?
Stanford Üniversitesi'ndeki bilim insanları, beyin sapındaki kök hücrelerin laboratuvarda çoğaltılamaması sorununu araştırırken beynin gelişiminin en erken aşamalarını inceledi ve ön ile arka bölümlerin farklı hücresel başlangıç noktalarından oluştuğunu tespit etti.
Beynin ön ve arka bölümleri nasıl farklı gelişiyor?
Gastrulasyon aşamasında tespit edilen iki farklı hücre grubundan biri yalnızca ön beyni, diğeri yalnızca arka beyni oluşturacak şekilde programlanıyor. İki grubun genetik talimatları farklı biçimlerde paketleniyor ve hücreleri kesişmeyen ayrı gelişim yollarına yönlendiriyor.
Arka ve ön beynin işlevleri nelerdir?
Kafatasının tabanındaki arka beyin kalp atış hızı, solunum ve uyku döngüleri gibi hayati işlevleri yönetirken, orta beyin ve ön beyin dil, mantık ve soyut düşünme gibi üst düzey bilişsel işlevlerden sorumlu.
Araştırmanın evrimsel bulgusu nedir?
İki sistemli yapının meşe palamudu solucanlarında da görülmesi, tasarımın en az 500 milyon yıl öncesine dayandığını gösteriyor. Araştırmacılar bu durumu denizanalarındaki dağılmış sinir ağlarına benzetiyor.
Çalışma tıp alanında ne gibi bir gelişme sağladı?
Arka beyin hücrelerinin oluşumunun anlaşılması sayesinde insan kök hücreleri laboratuvarda ilk kez işlevsel arka beyin motor nöronlarına dönüştürüldü. Bu gelişmenin ALS ve SMA gibi motor nöronları hedef alan hastalıkların araştırmalarını hızlandırması bekleniyor. Araştırma Nature Neuroscience dergisinde yayımlandı.
