تکامل مغز: محدودیت‌های رشدی و رشد نسبی

تکامل اندازه و ساختار مغز توسط تعامل بین محدودیت‌های رشدی و انتخاب تطبیقی ​​​​شکل می‌گیرد، که با هم بر نحوه رشد اجزای مغز نسبت به یکدیگر و اندازه کلی بدن تأثیر می‌گذارند.

مفاهیم کلیدی

1. فرضیه محدودیت‌های رشدی

- پیشنهاد می‌کند که اندازه مغز و بدن، و همچنین اجزای مغز به صورت جداگانه، تمایل دارند با هم تکامل یابند زیرا انتخاب طبیعی بر روی مکانیسم‌های رشدی مشترکی عمل می‌کند که رشد را به صورت هماهنگ تنظیم می‌کنند.

- این محدودیت‌ها از برنامه‌های رشدی ساده و حفظ‌شده (مانند زمان‌بندی و سرعت نوروژنز) ناشی می‌شوند که تنوع مستقل بخش‌های مغز را محدود می‌کنند.

به عنوان مثال، ساختارهایی که نوروژنز را دیرتر تکمیل می‌کنند (مانند نئوکورتکس) تمایل دارند با افزایش اندازه کلی مغز، به طور نامتناسبی بزرگتر شوند.

2. فرضیه محدودیت‌های عملکردی

- پیشنهاد می‌کند که تغییرات همبسته در اجزای مغز، منعکس‌کننده انتخاب در سیستم‌های عملکردی توزیع‌شده‌ای هستند که مناطق مختلف مغز را به هم متصل می‌کنند.

- این امر تکامل موزاییکی بیشتری را پیش‌بینی می‌کند، جایی که اجزای مرتبط از نظر عملکردی با هم تکامل می‌یابند، اما سیستم‌های مختلف می‌توانند بسته به نیازهای اکولوژیکی، مستقلاً از هم جدا شوند.

شواهد ژنتیکی و عصبی-رشدی از این دیدگاه پشتیبانی می‌کنند و نشان می‌دهند که انتخاب می‌تواند بر روی شبکه‌های خاص مغز عمل کند، نه به طور یکنواخت بر روی کل مغز.

۳. تکامل مغز هماهنگ در مقابل تکامل موزاییکی

- مدل هماهنگ: اجزای مغز به دلیل برنامه‌های تکاملی حفظ‌شده، به طور قابل پیش‌بینی با اندازه کل مغز مقیاس می‌شوند.

مدل موزاییکی: مناطق مغز می‌توانند به طور مستقل از طریق تغییر در زمان‌بندی تکامل، سرعت چرخه سلولی یا سیگنال‌های تعیین‌کننده سرنوشت تکامل یابند و امکان سازگاری با جایگاه‌های اکولوژیکی خاص یا نیازهای شناختی را فراهم کنند.

این مدل‌ها متقابلاً منحصر به فرد نیستند؛ تغییرات موزاییکی می‌توانند در یک چارچوب کلی تکاملی حفظ‌شده رخ دهند.

مکانیسم‌های رشدی زیربنایی تکامل مغز

- تغییرات در سیگنال‌های تعیین‌کننده سرنوشت: تغییرات در دامنه‌های بیان مورفوژن (به عنوان مثال، *هیس*) می‌تواند نسبت‌های پیش‌سازهای عصبی اختصاص داده شده به مناطق مختلف مغز را تغییر دهد و باعث گسترش‌های خاص منطقه شود.

- زمان‌بندی نوروژنز ویژه ناحیه: تأخیر یا افزایش در نوروژنز (مثلاً در تلانسفالون پرندگان گنجشک‌سان) تعداد نورون‌ها را به صورت موضعی افزایش می‌دهد و باعث گسترش انتخابی می‌شود.

- تغییر سرعت چرخه سلولی: چرخه‌های سلولی پیش‌ساز تسریع‌شده یا طولانی‌تر بر تولید نورون و اندازه ناحیه مغز تأثیر می‌گذارند (مثلاً، نخستی‌سانان چرخه‌های پیش‌ساز قشری طولانی‌تری نسبت به جوندگان دارند).

پیامدها و شواهد

- مطالعات تطبیقی، مقیاس‌بندی آلومتریک ثابتی را بین اندازه مغز و بدن و بین اجزای مغز در گونه‌های مختلف نشان می‌دهند، اما همچنین انحرافاتی را نشان می‌دهند که با عوامل اکولوژیکی و تخصص عملکردی مرتبط هستند.

- مطالعات ژنتیکی نشان می‌دهد که برخی از جایگاه‌ها بر اندازه کلی مغز تأثیر می‌گذارند، در حالی که برخی دیگر اثرات ویژه ناحیه‌ای دارند که از تکامل هماهنگ و موزاییکی پشتیبانی می‌کند.

- داده‌های رشدی نشان می‌دهند که در حالی که ترتیب نوروژنز حفظ شده است، زمان‌بندی و سرعت‌ها می‌توانند برای ایجاد الگوهای موزاییکی رشد مغز متفاوت باشند.

خلاصه

تکامل مغز نشان‌دهنده تعادل بین محدودیت‌های رشدی - که رشد هماهنگ بخش‌های مغز را از طریق برنامه‌های رشدی حفظ‌شده ارتقا می‌دهند - و سازگاری عملکردی است که تکامل موزاییکی سیستم‌های عصبی خاص را در پاسخ به فشارهای اکولوژیکی و شناختی هدایت می‌کند. درک این تعامل مستلزم ادغام داده‌های ژنتیکی، رشدی و نوروآناتومیکی مقایسه‌ای است.

[1] https://royalsocietypublishing.org/doi/10.1098/rspb.2016.0433

[2] https://pubmed.ncbi.nlm.nih.gov/27629025/

[3] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0092867424010183

[4] https://ijrabms.umsu.ac.ir/article-1-192-en.pdf

[5] https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S0012160617301495

[6] https://www.journals.uchicago.edu/doi/abs/10.1086/414425

[7] https://academic.oup.com/book/54488/chapter/422571582