A kerekasztal-beszélgetés középpontjában az alábbi két kérdés állt: hogyan alakult ki a legkomplexebb biológiai struktúrának tekinthető emberi agy és milyen jövő vár rá?
A feltett kérdéseket nem egyszerű megválaszolni, hiszen még ezen bonyolult struktúra működésével sem vagyunk teljesen tisztában; a fejlődésére és evolúciójára vonatkozó információkat tekintve pedig még szegényesebbek az ismereteink.
Először a kefalizáció jelenségéről beszélgettünk. Az evolúció során egyre jobban megfigyelhető az érzékszerveknek, az agydúcnak és a szájnyílásnak az állat elülső testvégére történő vándorlása. Ebből kifolyólag nem meglepő, hogy minden állatcsoportban van egy olyan törzs, ami feltűnően fejlett aggyal rendelkezik. A folyamat egy határon túli kiteljesedése nyomán alakult ki a fej (cephalon) az agydúccal vagy az agyvelővel.
Nézzük meg, hogyan változott az így létrejött struktúra mérete! Könnyű belátni, miért nehéz ezt vizsgálni: az agy, lágy szövetről lévén szó, nem fosszilizálódik, tehát csak az előkerült koponyák mérete alapján tudunk következtetni nagyságára. Az emberi agy fejlődési útvonala 90-100 millió évvel ezelőtt ágazhatott el a rágcsálókétól, és 25 millió évvel ezelőtt az óvilági majmokétól. A fosszilis adatokból tudjuk, hogy a korai emlősök agya nem különbözött jelentősen a ma élő kisemlősökétől, de arról is tájékoztatnak minket, hogy sok emlőscsoportban az agy mérete jelentősen növekedett. Így volt ez a főemlősök esetében is, ahonnan az ember is származik. A modern ember agya körülbelül 200 ezer évvel ezelőtt alakult ki, 1400 cm3 átlagos térfogattal.
Ha megnézzük a humán agy fejlődését, akkor láthatjuk, hogy a méretbeli növekedés először lassabb volt, majd drámaian felgyorsult. Megfigyelhetjük azt is, hogy az agy mérete 3,5 millió év alatt (ami 110 000 generációnak felel meg) több mint a kétszeresére nőtt.
Vajon mi válthatta ki ezt a jelentős változást? – adódik a kérdés. Amikor a hominidák (Hominidae) úgy „döntöttek”, hogy lejönnek a fák lombkoronái közül, a földön másféle veszélyekkel kellett szembenézniük: mindenütt éles karmokkal és erős fogakkal rendelkező ragadozókat találtak. Ilyen körülmények között csak azok az egyedek lehettek túlélők, melyek kellő éberséggel és egyéb szellemi képességekkel bírtak. Ezen életben maradók tudták csak átadni génjeiket a következő nemzedéknek. Utódaik azután tovább „tökéletesítették” ezeket a készségeket, ezzel a túlélőképességük és intelligenciájuk tovább javult. Az agyméret pedig egyre csak növekedett, s generációk tízezrei után eljutott a mai emberre jellemzőhöz.
Szerencsére napjainkban már nemcsak a fosszíliák állnak a kutatók rendelkezésére, hanem modern molekuláris biológiai technikákat is használhatnak. Az elmúlt években több olyan gént is sikerült azonosítani, melyek az agymérettel állnak kapcsolatban. A mikrocefalin és ASPM gének például ilyenek. Evolúciójuk jelenleg is gyors ütemben zajlik.
„A kutatók megállapították, hogy a mikrocefalin új változata nagyjából 37 000 évvel ezelőtt jelent meg, és a ma élő emberek körülbelül 70%-ában jelen van. Az ASPM új variánsa nagyjából 5800 éve bukkant fel, és a becslés szerint a mai emberek 30%-ában található meg.” (Forrás: www.origo.hu)
Ezek az időintervallumok evolúciós léptékben nézve mindössze másodperceknek felelnek meg, tehát láthatjuk, hogy mennyire sikeresek ezek az új változatok, ha ilyen rövid idő alatt ekkora elterjedtséget értek el az emberi népességen belül. Sajnos azt még nem sikerült megfejteni, hogy pontosan milyen biokémiai útvonalak befolyásolása révén fejtik ki hatásukat. Az mindenesetre bizonyos, hogy hiányukban alakul ki a mikrocefália, mely az átlagosnál kisebb agymérettel jár.
Mindkét új génváltozat megjelenése bizonyos „kulturális” viselkedésminták kialakulásával hozható összefüggésbe, mint például a vallás, a zene és a szerszámkészítés megjelenésével.
Azonban azt sem szabad elfelejtenünk, hogy nem csak az agy mérete a lényeges. Például az intelligencia szempontjából nézve a méretnél sokkal fontosabb a belső szerkezet. A generációk ezreinek során az agyunk úgy is fejlődött, hogy egyre bonyolultabb felépítésűvé vált, de a mérete nem változott érdemben. Jól tükrözi ezt a legújabban kifejlődött agyi struktúra a neocortex funkcionális területeinek számbeli és méretbeli növekedése. Mialatt az agykéreg felülete óriásira növekedett (sulcusok és girusok tagolják), a vastagsága szinte alig változott. Ennek a jelenségnek a hátterében a progenitor sejtek számának extrém megnövekedése állhat, mely lehetőséget adott a belőlük származó sugárirányú kérgi oszlopok számának hasonló megváltozására. Feltételezhetjük, hogy létrejöttek olyan génmutációk, amelyek a progenitor sejtek osztódási ciklusait megsokszorozták, ami így lehetőséget adott a radiális oszlopok számának növekedésére és közvetve a kéreg felszínének megnagyobbodására.
Mint tudjuk, a magzati élet során sokkal több sejt keletkezik, mint ami végül is szükséges az idegrendszer kialakításához. Egy nagyon látványos kísérletet végeztek az agykéreg sejtszámának, felületének megnövelésére. Ehhez kaszpáz-9 génkiütött egereket állítottak elő.
Az említett gén terméke az apoptózis (öngyilkos sejtpusztulás) folyamatában játszik szerepet.
Ha a csapase-9 gén nem működik, a sejthalál elmarad. Az ábrán megfigyelhetjük, hogy a
knock-out egerekben megemelkedett a progenitor sejtek száma, mely végül a kéregfelszín
megnövekedését vonta maga után. Hasonló megfigyeléseket tapasztaltak betacatenin
KO egereknél is, ahol a kérgi oszlopok számának növekedésével arányos volt a
kéregfelszín méretváltozása.
Azonban ezek a gének csak példaként szolgálhatnak arra, hogy a relatíve kis változások
mekkora hatással bírhatnak. Hogy miért? Ezen gének teljes hiánya letális lenne, és mint
tudjuk az ilyen géneknek nincs szerepe az evolúcióban.
Milyen egyéb hatások vezettek a kéreg evolúciójához, a specifikus kérgi áreák kialakulásához? A különböző állatcsoportokat megnézve láthatjuk, hogy bármilyen körülmények között is éljenek ezek az állatok, az alap kérgi területek, a primer szomatoszenzoros, a primer vizuális és a primer akusztikus area megjelennek. Egymáshoz viszonyított arányuk azonban nagyon is eltérhet. Tehát a konzervativitás és a körülményektől függő változatosság egyaránt megfigyelhető esetükben. Az örökletes tényező az, mely génexpressziós változással jár együtt. A másik tényező a szenzoros tapasztalat (fenotípus meghatározása), vagyis az adott környezethez való optimális válasz kiváltása.
A génexpressziós változások elsősorban a plaszticitást határozzák meg. E két
tényező, a génkifejeződés változás és a szenzoros tapasztalat (Baldwin-effektus) együttesen
eredményezett egy rendszer szintű változást, mely elvezetett az egyes kéregterületek
különbözőségéhez.
Az emberi agy különleges abból a szempontból is, hogy nálunk a cerebrális hemiszfériumok specializálódtak. A bal hemiszfériumban a temporális és frontális lebeny a beszédre, míg a jobb oldali parietális lebeny a matematikára, zenére és térbeli tájékozódásra specializálódott. A ventrális temporális lebeny egy részének pedig az arcok felismerése lett a fő feladata. Egy átlagos ember is több száz arc memorizálására képes, ami egy magasan szocializált társadalomban rendkívül fontos. A hemiszfériumok specializációja miatt az emberi agy morfológiailag is asszimetrikussá vált. A legfeltűnőbb, hogy a bal agyfélteke mindig nagyobb, de a sulcusokat és a girusokat nézve is szép számmal találhatunk eltéréseket.
Vajon az emberi agy fejlődése jelenleg is tart és a jövőben is folytatódni fog? Természetesen igen. Hogy miért? Az evolúció egy olyan folyamat, mely soha nem áll meg. A környezetünk állandóan változik, tehát az agyunknak is folyamatosan alkalmazkodnia kell hozzá. Azonban mindez olyan lassan történik, hogy azt csak több ezer nemzedék áttekintése révén tudjuk megfigyelni. Említettem, hogy a szárazföldön tapasztalható más körülményekhez és veszélyekhez való alkalmazkodás állt őseink agyának méretnövekedése mögött. Van-e ilyen változó környezet napjainkban is?
A 12 000 évvel ezelőtt megjelent mezőgazdaság, majd az Angliából kiinduló, és onnan az összes országba begyűrűző ipari forradalom figyelemre méltóan javította életminőségünket. A változások következtében az életvitelünk is hihetetlen mértékben felgyorsult. Kis túlzással ma egy tizenéves agyának annyi külvilágból érkező információt kell feldolgoznia, mint egy távoli ősének egész életében. A feldolgozandó információmennyiség a jövőben valószínűleg csak növekedni fog, ezért valószínű, hogy „erősebb” agyra lesz szüksége „utódainknak”. Ez azonban nem jelent szükségképpen nagyobb agyat. Lehet, hogy „csak” a szerkezet fog változni, bonyolultabbá válni.
Dr. Fekete Éva (SZTE TTIK Élettani és Idegtudományi Tanszék) az Eötvös Biológia Műhely keretében elhangzott előadása alapján írta Bellák Tamás PhD hallgató.
HÍRLEVÉL
MOBIL