İnsan beyninin nasıl oluştuğuna ilişkin uzun süredir kabul gören modellerden biri yeni bir araştırmayla sorgulanmaya başladı. Stanford Üniversitesi öncülüğündeki bilim insanları, beynin bütün bölümlerinin tek bir ortak öncü hücreden geliştiği yönündeki yaygın görüşün aksine, embriyonik gelişimin erken döneminde birbirinden tamamen farklı iki sinir sistemi öncüsünün ortaya çıktığını belirledi. 18 Eylül'de Nature Neuroscience dergisinde yayımlanan araştırmaya göre bu hücre gruplarından biri ön ve orta beyni, diğeri ise arka beyni oluşturuyor.
İki hücre soyunun gelişim sırasında birbirine dönüşmediği ve baştan itibaren farklı yönlere ilerlediği belirlendi. Araştırmacılar, embriyoların organ ve dokularının şekillenmeye başladığı “gastrulasyon” adı verilen çok erken gelişim dönemini inceledi. Fare embriyolarında yapılan çalışmalar, daha bu aşamada iki farklı beyin öncü hücresi grubunun ortaya çıktığını gösterdi.
Bunlardan Otx2 genini taşıyan hücrelerin ön ve orta beyni oluşturduğu, Gbx2 genini taşıyan ikinci grubun ise yalnızca arka beyne dönüştüğü belirlendi. Araştırmacılar iki hücre grubunun gelişim boyunca birbirine karışmadığını ve farklı genetik programlarla ilerlediğini saptadı. YILLARDIR ÇÖZÜLEMEYEN SORUNUN YANITI BULUNDU Çalışmanın çıkış noktalarından biri bilim insanlarının yıllardır laboratuvarda karşılaştığı bir sorun oldu.
Araştırmacılar insan kök hücrelerinden ön ve orta beyne ait birçok sinir hücresini üretmeyi başarırken, arka beyne özgü bazı motor nöronların laboratuvarda oluşturulması son derece güçtü. Yeni araştırma, bunun nedeninin yanlış hücresel başlangıç noktası olabileceğini gösterdi. Bilim insanlarına göre geçmişte arka beyin hücreleri oluşturulmaya çalışılırken aslında ön ve orta beyin için programlanmış hücreler kullanılmaya çalışılmış olabilir.
Stanford Üniversitesi'nden gelişim biyoloğu Kyle Loh, ön beyin ile arka beynin tamamen farklı öncü hücrelerden meydana geldiğini ilk kez gösterdiklerini belirtti. Araştırmacılar iki hücre grubunun yalnızca farklı genler taşımadığını, DNA'nın hücre içinde paketlenme biçiminin de birbirinden belirgin şekilde ayrıldığını ortaya koydu. “Kromatin” olarak adlandırılan bu yapı, hangi genlerin aktif hale getirilebileceğini belirliyor.
Araştırmaya göre ön ve orta beyni oluşturacak hücrelerle arka beyni oluşturacak hücreler, daha gelişimin başlangıcında farklı kromatin yapılarına sahip oluyor. Bu farklılık hücrelerin gelecekte hangi beyin bölgesine dönüşeceğini adeta baştan belirliyor ve iki gelişim hattının birbirine geçmesini engelliyor. 550 MİLYON YILLIK BİR MİRAS OLABİLİR Araştırmanın en dikkat çekici bulgularından biri de bu ikili yapının insanlara özgü olmaması.
Bilim insanları benzer gelişimsel ayrımı tavuklarda, zebra balıklarında ve insanlarla çok eski bir ortak atayı paylaşan palamut solucanlarında da tespit etti. Bu durum, beynin iki farklı hücresel kökenden gelişmesini sağlayan mekanizmanın en az 550 milyon yıllık olabileceğine işaret ediyor. Araştırmacılar, evrimsel süreçte başlangıçta ayrı konumlarda bulunan sinir sistemlerinin zaman içinde fiziksel olarak yan yana gelmiş ve tek bir yapı gibi çalışmaya başlamış olabileceğini değerlendiriyor.
Denizanalarında bugün bile vücudun farklı bölgelerinde bulunan ayrı sinir ağlarının görülmesi, bu olasılığa örnek olarak gösteriliyor. İnsan beyninin farklı bölümleri farklı görevler üstleniyor. Ön beyin; bilinç, dil, planlama, soyut düşünme ve muhakeme gibi üst düzey zihinsel süreçlerde temel rol oynuyor.
Arka beyin ve beyin sapı ise solunum, kalp atışı, uyku ve açlık gibi yaşamın devamı için gerekli otomatik işlevleri düzenliyor. Bu bölgelerdeki motor nöronlar ayrıca yüz, dil ve boğaz kaslarını kontrol ederek konuşma ve yutkunma gibi işlevlerin gerçekleşmesini sağlıyor. LABORATUVARDA İLK KEZ ÜRETİLDİ Araştırmacılar yeni gelişim modelinden yararlanarak insan pluripotent kök hücrelerinden arka beyne özgü işlevsel motor nöronlar üretmeyi başardı.
Laboratuvarda geliştirilen hücrelerin elektriksel sinyaller oluşturduğu ve gerçek arka beyin hücrelerini tanımlayan proteinleri ürettiği görüldü. Bu gelişme, daha önce laboratuvar ortamında üretilmesi son derece güç olan belirli arka beyin motor nöronlarının incelenmesini mümkün hale getirdi. Bulgular özellikle amyotrofik lateral skleroz (ALS) ve spinal musküler atrofi (SMA) araştırmaları açısından önem taşıyor.
Her iki hastalıkta da arka beyin ve beyin sapındaki bazı motor nöronlar zamanla işlevlerini kaybediyor. Bu hücrelerin canlı hastalardan alınması mümkün olmadığı için hastalıkların laboratuvar ortamında incelenmesi uzun süredir önemli bir güçlük oluşturuyordu. İnsan kök hücrelerinden gerçek arka beyin nöronlarının üretilebilmesi, bilim insanlarının bu hastalıklarda hücrelerin neden bozulduğunu daha ayrıntılı incelemesine ve yeni tedavi adaylarını test etmesine olanak sağlayabilir.
“İKİ AYRI BEYİN” Mİ? Stanford Üniversitesi çalışmayı, insan beyninin evrimsel olarak iki eski sinir sisteminin birleşiminden oluştuğu şeklinde yorumluyor. Ancak bilim dünyasında bu yorumun kapsamı konusunda henüz tam görüş birliği bulunmuyor.
Nature dergisinin araştırmayla ilgili değerlendirmesinde bazı bilim insanlarının beynin iki ayrı hücre popülasyonundan geliştiği yönündeki geniş evrimsel yoruma temkinli yaklaştığı belirtildi. Araştırmanın daha güçlü biçimde ortaya koyduğu sonuç ise ön/orta beyin ile arka beynin gelişimin çok erken aşamasından itibaren iki farklı ve birbirine dönüşmeyen hücre soyundan oluşması. Bu nedenle bulgular, insanın “iki ayrı beyni olduğu” anlamına gelmekten çok, bugün tek ve bütünleşik çalışan beynin iki farklı gelişimsel kökenden meydana geldiğini gösteriyor.
