Beyin tek parça değil: ön ve arka beyin ayrı öncü hücrelerden doğuyor

Ders kitabındaki model neydi

Yaygın anlatıma göre embriyoda önce ortak bir sinir öncüsü hücre havuzu oluşur; bu havuzdan sinir borusu (nöral tüp) kapanır ve borunun ön ucu kabararak ön beyin, orta beyin ve arka beyin keseciklerini verir. Tek kaynak, üç şube. Makalenin özetinde de çıkış noktası böyle tarif ediliyor: "Bir modelde ortak bir sinir öncüsü tüm beyin bölgelerini üretir."

Ekibin fare embriyolarında gördüğü tablo buna uymadı. Gastrulasyon — embriyonun üç temel doku tabakasına ayrıldığı, hücrelerin yerleşimini aldığı erken evre — sırasında iki öncü aynı anda beliriyor. Biri "ön sinir ektodermi", ön beyin ve orta beyin öncüsü; diğeri "arka sinir ektodermi", arka beyin öncüsü. İkisi arasında geçiş yok; her biri daha o anda kendi soy hattına kilitlenmiş durumda.

Kilidi kromatin vuruyor

Hücreyi soyuna kilitleyen şeyin ne olduğu sorusunda çalışmanın verdiği yanıt kromatin: DNA'nın çekirdek içinde sarılıp paketlenme biçimi. Sıkı paketlenmiş bölgelerdeki genler okunamaz, gevşek bölgelerdekiler okunabilir. İki öncü hücrenin kromatin manzaraları daha en baştan farklı — yani ileride hangisinin ön/orta beyin, hangisinin arka beyin olacağı, o genler henüz çalışmaya başlamadan önce paketleme düzeninden okunabiliyor. Makalenin özetindeki ifadeyle, bu farklar "gelecekteki kimlikleri önceden haber veriyor".

Bu ayrıntının pratik bir sonucu var. Loh ekibinden Rayyan Jokhai'nin Stanford Medicine duyurusunda söylediğine göre, arka beyin nöronu üretmeye çalışan önceki denemeler büyük olasılıkla ön/orta beyin öncülerini arka beyin hücresine dönüştürmeye uğraşıyordu; çalışma bunun mümkün olmadığını gösteriyor. Yanlış hatta duran bir treni raylara geri çekmeye çalışmak gibi.

Doğru öncüden ilk kez arka beyin motor nöronu

Ekip bu bilgiyi kullanarak insan pluripotent kök hücrelerinden — her hücre tipine dönüşebilme yeteneğini koruyan hücrelerden — arka beynin belirli bir diliminde (rhombomere 5/6) yer alan motor nöronlar üretti. Makale bu hücrelerin şimdiye dek laboratuvarda üretilmesinin zor olduğunu belirtiyor.

Arka beyin ve beyin sapı, yüz kaslarını ve yutkunmayı yöneten motor nöronların bulunduğu bölge. Bu bölgeyi vuran spinal müsküler atrofi ve amyotrofik lateral skleroz gibi durumlar, hastalıklı hücrenin canlı insan dışında incelenmesi çok güç olduğu için uzun süredir laboratuvar modeli sıkıntısı çekiyordu. Çalışmanın açtığı kapı burada: tedavi değil, çalışılabilir bir model. Bu ayrımın altını çizmek gerekiyor — üretilen şey kültür kabındaki nöron, klinik bir sonuç değil.

550 milyon yıllık bir iz

Ekip aynı ikili düzeni fareyle sınırlı bırakmadı. Tavuk, zebra balığı ve palamut solucanı (hemikordat) embriyolarında da benzer bir ayrım bulundu. Palamut solucanı burada özellikle anlamlı: omurgasız, denizde kum içinde yaşayan, beyni olmayan bir canlı. Onda bile ön ve arka sinir dokusunun ayrı kaynaklardan geldiği görülüyorsa, bu düzen omurgalıların icadı değil, çok daha eski bir miras demek.

Makale bu noktada dikkatli bir dil kullanıyor: bu ikili öncü düzeninin hemikordatlardan memelilere 550 milyon yıl boyunca korunmuş "olabileceği" öne sürülüyor, kanıtlanmış bir soy ağacı sunulmuyor. Yazarların kendi ifadesi "öne sürüyoruz" (we postulate).

"Evrim iki sistemi yan yana itti"

Bulgunun evrim açısından yorumu şu: beyin, tek bir sinir sisteminin karmaşıklaşmasıyla değil, iki ayrı ilkel sinir sisteminin aynı kafada bir araya gelmesiyle oluşmuş olabilir. Loh, New Scientist'e verdiği demeçte evrimin "mevcut iki sinir sistemini alıp uzamsal olarak birbirine ittiğini" söylüyor ve beyni tek organ olarak kurmanın muhtemelen daha verimli olacağını, ama bizim hâlâ onu iki ayrı parça hâlinde yapan ilkel yönteme bağlı kaldığımızı ekliyor.

Bu birleşmenin bir avantajı olduğu da düşünülebilir: arka beyin nefes, kalp ritmi gibi hayatta kalma işlerini sabit biçimde yürütürken, evrim ön beyin üzerinde serbestçe oynayabilmiş olabilir. Ama burada "olabilir" kelimesi gerçekten yerinde duruyor; bu, bulgunun kendisi değil, bulgudan türetilen bir hikâye.

Bulgunun sınırı

Çalışma bir gelişim biyolojisi çalışması. Gösterdiği şey, embriyoda iki ayrı öncü hücrenin var olduğu ve bunların karışmadığı. Göstermediği şey ise tam olarak evrim iddiasının kendisi: bu iki sinir sisteminin gerçekten birbirinden bağımsız evrimleşip sonradan birleşip birleşmediği. ScienceAlert'in aktardığına göre ekip bunu doğrudan "gelecek araştırmaların sorusu" olarak bırakıyor.

İkinci sınır: ön ve arka beynin kökeninin ayrı olması, yetişkin beyinde bu iki bölgenin birbirinden kopuk çalıştığı anlamına gelmiyor. Gelişim kökeni ile işleyiş sırasındaki bağlantı ayrı şeyler; ön beyinle arka beyin yoğun sinir yollarıyla bağlı.

Tablodaki bilgiler makalenin künyesinden ve özetinden alındı.

Sırada ne var

Asıl açık soru evrim tarafında duruyor. Eğer ön ve arka beyin gerçekten iki ayrı sinir sisteminin kaynaşmasından geliyorsa, bu kaynaşma hangi canlıda, hangi dönemde oldu ve ondan önce bu iki sistem aynı bedende ne yapıyordu? Fosil kayıtları yumuşak sinir dokusunu nadiren saklar; cevap büyük olasılıkla fosilden değil, bugün yaşayan ilkel canlıların embriyolarından çıkacak. Bu arada daha somut bir soru da laboratuvar tezgâhında bekliyor: doğru öncüden üretilen arka beyin nöronları, hastalık modeli olarak gerçekten işe yarayacak mı?

Fotoğraf: OpenStax, CC BY 4.0, Wikimedia Commons