‘Otak mini’ yang dikembangkan di laboratorium menunjukkan bahwa satu mutasi mungkin telah mengubah pikiran manusia
Para ilmuwan mulai menemukan petunjuk baru dalam evolusi manusia dengan memasukkan kembali gen purba dari spesies manusia yang telah punah ke dalam ‘otak mini’ – kelompok sel induk yang tumbuh di laboratorium yang menyusun dirinya menjadi versi kecil dari otak manusia.
Bagaimana kita menjadi seperti sekarang ini adalah pertanyaan yang telah lama coba dijawab oleh para ilmuwan. Bagaimana kita mengembangkan kemampuan kognitif tingkat lanjut, sehingga memunculkan bahasa, puisi, dan ilmu roket yang kompleks? Apa perbedaan otak manusia modern dengan otak kerabat evolusioner terdekat kita, seperti Neanderthal dan Denisovan?
Dengan memasukkan kembali gen-gen kuno dari spesies yang sudah punah ke dalam “otak mini” manusia—kelompok sel induk yang tumbuh di laboratorium dan menyusun dirinya menjadi versi kecil otak manusia—para ilmuwan mulai menemukan petunjuk baru.
Sebagian besar pengetahuan kita tentang evolusi manusia berasal dari studi tentang fosil dan tulang purba. Kita tahu bahwa Neanderthal dan Denisovan menyimpang dari manusia sekitar 500.000-600.000 tahun yang lalu, dan Neanderthal terakhir baru menghilang dari Eropa sekitar 40.000 tahun yang lalu.
Penelitian juga menunjukkan bahwa manusia dan Neanderthal saling kawin, dan Neanderthal jauh lebih canggih dari perkiraan sebelumnya.
Dari mempelajari ukuran dan bentuk fosil tengkorak, kita juga mengetahui bahwa otak manusia purba berukuran hampir sama dengan tengkorak manusia modern, bahkan lebih besar, dan tampaknya memiliki bentuk yang berbeda. Namun, meskipun variasi tersebut dapat dikorelasikan dengan kemampuan dan fungsi kognitif yang berbeda, fosil saja tidak dapat menjelaskan bagaimana bentuk mempengaruhi fungsi. Untungnya, kemajuan teknologi terkini telah membuka jalan baru untuk memahami perbedaan kita dengan kerabat kita yang telah punah.
Pengurutan DNA purba memungkinkan para ilmuwan membandingkan gen Neanderthal dan Denisovan dengan gen manusia modern. Hal ini membantu mengidentifikasi perbedaan dan persamaan, mengungkapkan bahwa kita memiliki kesamaan DNA dengan Neanderthal dan Denisovan.
Namun, di wilayah tertentu terdapat varian gen yang dibawa secara eksklusif oleh manusia modern. Wilayah DNA khusus manusia ini mungkin bertanggung jawab atas ciri-ciri yang membedakan spesies kita dari kerabat kita yang telah punah. Jadi, dengan memahami cara kerja gen-gen tersebut, kita dapat mempelajari ciri-ciri unik manusia modern.
Studi yang membandingkan rangkaian DNA kuno dan modern telah mengungkapkan perbedaan gen yang penting bagi fungsi, perilaku, dan perkembangan otak – terutama gen yang terlibat dalam pembelahan sel dan sinapsis (yang mengirimkan impuls saraf listrik antar sel). Hal ini menunjukkan bahwa otak manusia berkembang lebih lambat dibandingkan otak Neanderthal.
Secara khusus, perkembangan korteks orbitofrontal pada bayi, yang dianggap terlibat dalam kognisi tingkat tinggi seperti pengambilan keputusan, mungkin telah berubah secara signifikan namun tidak kentara sejak pemisahan Neanderthal. Manusia juga mencapai kematangan seksual lebih lambat dibandingkan nenek moyangnya, yang mungkin membantu menjelaskan mengapa kita hidup lebih lama.
Pertumbuhan otak
Sudah lama tidak jelas perubahan evolusioner mana yang paling penting. Sebuah tim ilmuwan yang dipimpin oleh Alysson Muotri di Universitas California, San Diego, baru-baru ini menerbitkan sebuah penelitian di Science yang menjelaskan pertanyaan ini.
Mereka melakukan ini dengan menumbuhkan otak kecil – yang secara ilmiah dikenal sebagai “organoid” – dari sel induk yang berasal dari kulit. Organoid otak tidak memiliki kesadaran seperti kita – mereka sangat sederhana dan tidak mencapai ukuran lebih besar dari sekitar lima atau enam milimeter, karena kurangnya suplai darah. Tapi mereka bisa memancarkan gelombang otak dan menumbuhkan jaringan saraf yang relatif kompleks yang merespons cahaya.
Tim tersebut memasukkan versi gen yang telah punah yang terlibat dalam perkembangan otak ke dalam organoid menggunakan teknologi CRISPR-Cas9 pemenang Hadiah Nobel, yang dikenal sebagai “gunting genetik”, yang memungkinkan pengeditan dan manipulasi gen secara tepat.
Kita tahu bahwa versi lama dari gen tersebut terdapat pada Neanderthal dan Denisovan, sementara mutasi kemudian mengubah gen tersebut menjadi versi terkini yang dimiliki manusia modern.
Organoid yang direkayasa menunjukkan beberapa perbedaan. Mereka berkembang lebih lambat dibandingkan organoid manusia dan mengubah pembentukan koneksi antar neuron. Mereka juga lebih kecil dan memiliki permukaan yang kasar dan rumit dibandingkan dengan organoid manusia modern yang halus dan bulat.
Satu mutasi manajemen?
Studi tersebut mengidentifikasi 61 gen yang berbeda antara manusia modern dan kuno. Salah satu gen tersebut adalah NOVA1, yang berperan penting dalam mengatur aktivitas gen lain selama perkembangan otak awal. Ini juga berperan dalam pembentukan sinapsis.
Perubahan aktivitas NOVA1 sebelumnya diketahui menyebabkan gangguan neurologis seperti mikrosefali (yang mengakibatkan kepala kecil), kejang, keterlambatan perkembangan yang parah, dan kelainan genetik yang disebut disautonomia familial, yang menunjukkan bahwa hal ini penting untuk fungsi otak manusia yang normal. Versi yang dibawa manusia modern mengalami perubahan pada satu huruf kodenya. Perubahan ini menyebabkan produk gen, protein NOVA1, memiliki komposisi berbeda dan kemungkinan aktivitas berbeda.
Ketika mereka menganalisis organoid, para ilmuwan menemukan bahwa gen NOVA1 kuno mengubah aktivitas 277 gen lainnya – banyak di antaranya terlibat dalam pembuatan sinapsis dan hubungan antar sel otak. Akibatnya, otak mini memiliki jaringan sel yang berbeda dibandingkan manusia modern.
Artinya mutasi NOVA1 menyebabkan perubahan penting pada otak kita. Perubahan satu huruf pada kode DNA dapat menyebabkan tingkat fungsi otak yang baru pada manusia modern. Apa yang kita tidak tahu adalah bagaimana tepatnya hal ini terjadi.
Tim mengatakan mereka akan menindaklanjuti temuan menarik mereka dengan memeriksa 60 gen lainnya secara lebih rinci, untuk melihat apa yang terjadi jika Anda mengubah masing-masing atau kombinasi beberapa gen.
Tidak diragukan lagi, ini adalah bidang penelitian yang menarik, karena organoid memberikan wawasan penting tentang otak spesies purba ini. Tapi kami baru saja memulai. Manipulasi satu gen tidak akan menangkap genetika Neanderthal dan Denisovan yang sebenarnya. Namun hal ini masih dapat membantu para ilmuwan memahami cara kerja beberapa gen spesifik manusia. – Rappler.com
Itzia FerrerPeneliti pascasarjana di Neurogenetika Translasional, Universitas Lund Dan Menurut BrattåsPeneliti Pascasarjana dalam Genomik Klinis, Universitas Lund
Artikel ini diterbitkan ulang dari Percakapan di bawah lisensi Creative Commons. Membaca artikel asli.
