Phát hiện mới lý giải tại sao con người có bộ não lớn

Một nghiên cứu mới công bố trên tạp chí Cell cho thấy, sự chuyển đổi phân tử đã khiến cho bộ não của con người lớn hơn gấp ba lần so với bộ não của vượn lớn.

Vỏ não của người trưởng thành có số lượng tế bào thần kinh lớn hơn gần gấp đôi so với vỏ não của vượn lớn. Ảnh: Pixel-shot/Alamy

Một trong những đặc điểm khiến con người khác biệt so với các loài họ hàng linh trưởng gần gũi, đó là chúng ta có bộ não lớn hơn một cách đáng kinh ngạc. Hiện nay, các nhà khoa học đã dần làm sáng tỏ nguyên nhân tạo nên sự khác biệt ấy, thông qua việc thu thập tế bào của người, khỉ đột và tinh tinh rồi biến chúng thành những khối mô não trong phòng thí nghiệm. 

Các thử nghiệm trên khối mô não siêu nhỏ cho thấy, một “công tắc” phân tử chưa từng được biết đến từ trước đến nay kiểm soát sự phát triển của não bộ và khiến não của con người lớn hơn gấp ba lần so với não của những con vượn lớn. Nếu “công tắc” ấy có thay đổi nhỏ thì bộ não của con người có thể sẽ đánh mất ưu thế phát triển, còn bộ não của vượn lớn lại trở nên giống như não của con người.

“Chúng tôi nhận thấy rằng sự khác biệt trong ‘hành vi’ tế bào ở thời điểm ban đầu đã khiến cho não người phát triển lớn hơn các loài vượn khác”, tiến sĩ Madeleine Lancaster, nhà sinh học phát triển tại Phòng thí nghiệm Sinh học Phân tử của Hội đồng Nghiên cứu Y tế ở Cambridge, cho biết. 

Bộ não của một người trưởng thành khỏe mạnh thường đạt 1,500cm3, lớn gấp gần ba lần kích thước bộ não của khỉ đột (500cm³) hoặc bộ não của tinh tinh (400cm³). Tuy nhiên, để tìm ra được nguyên nhân dẫn đến sự khác biệt ấy lại là một thách thức lớn, đặc biệt là khi sự phát triển của não người và vượn lớn không dễ dàng để có thể nghiên cứu.

Lancaster và các đồng nghiệp của mình đã thu thập các tế bào, thường là các tế bào còn sót lại sau các xét nghiệm và các cuộc phẫu thuật y tế từ người, khỉ đột và tinh tinh, rồi “lập trình” chúng thành những mô não 3D (brain organoids) siêu nhỏ có kích thước chỉ vài milimet.  

Sau vài tuần, các mô não người đã đạt kích thước lớn nhất trong số đó. Theo kết quả kiểm tra của các nhà nghiên cứu, nguyên nhân là do trong mô não của người, các tế bào thần kinh tiền sinh (neural progenitor cells) – tế bào sẽ tiếp tục tạo ra tất cả các tế bào khác trong não – đã phân chia nhiều hơn so với các tế bào tương tự ở mô não vượn lớn. Lancaster cho biết: “Có sự gia tăng số lượng tế bào thần kinh tiền sinh ở con người, do vậy một khi chúng chuyển sang tạo ra các tế bào não khác nhau, bao gồm cả tế bào thần kinh, chúng sẽ dẫn đến nhiều thay đổi khác nữa. Và vì vậy, số lượng tất cả các tế bào não trên toàn bộ vỏ não của con người trở nên nhiều hơn”.

Sự khác biệt trong sản sinh tế bào đã diễn ra từ rất sớm trong quá trình phát triển não bộ, và điều này cuối cùng đã dẫn đến việc số lượng tế bào thần kinh trong vỏ não của người trưởng thành nhiều hơn gần gấp đôi so với số lượng ấy ở vượn lớn.

Không chỉ vậy, các nhà nghiên cứu cũng tiếp tục xác định được một gene đóng vai trò rất quan trọng trong quá trình này. Đó là Zeb2, gene sau đó đã “bật” trong mô của người, cho phép các tế bào phân chia nhiều hơn trước khi chúng trưởng thành. Các thử nghiệm cũng chỉ ra, việc trì hoãn tác động của Zeb2 sẽ khiến cho mô não của khỉ đột phát triển lớn hơn, trong khi nếu gene này được “bật” lên sớm hơn ở người thì các mô não của chúng ta sẽ phát triển giống như loài vượn.

John Mason, giáo sư về sự phát triển thần kinh phân tử tại ĐH Edinburgh, người không tham gia vào nghiên cứu cho biết, các kết quả này đã làm nổi bật vai trò và sức mạnh của “organoid” – các mô 3D cực nhỏ được nuôi cấy từ tế bào gốc – trong các nghiên cứu về sự phát triển của não bộ. “Việc chúng ta biết được cách một bộ não bình thường phát triển như thế nào là điều vô cùng quan trọng, một phần là bởi nó sẽ giúp chúng ta hiểu điều gì khiến con người trở nên đặc biệt, và một phần là vì nó có thể cung cấp cho ta những thông tin thiết yếu về cách các rối loạn phát triển thần kinh được hình thành”, ông nói. □

Mỹ Hạnh dịch
Nguồn: https://www.theguardian.com/science/2021/mar/24/scientists-discover-why-the-human-brain-is-so-big