Khoảng 5 - 8 triệu năm trước, loài người và loài vượn tách ra từ một tổ tiên chung.
Một thời gian sau đó, loài người bắt đầu tiến hóa để có bộ não lớn hơn. Hiện nay, bộ não của con người lớn hơn khoảng ba lần so với bộ não của tinh tinh.
Tác giả chính Benito-Kwiecinski, nhà nghiên cứu hậu tiến sĩ tại Phòng thí nghiệm Sinh học phân tử MRC, Vương quốc Anh, cho biết nếu bạn hỏi là “bộ não của chúng ta có gì đặc biệt” so với các loài linh trưởng khác, câu trả lời rõ ràng nhất là kích thước.
Do thiếu hồ sơ hóa thạch về thời kỳ não người mở rộng, các nhà khoa học không thể dễ dàng phân biệt điều gì đã thúc đẩy con người phát triển bộ não lớn hơn. Với các công cụ hiện đại, giờ đây chúng ta đã có thể thấy não của chúng ta phát triển khác với não của loài vượn như thế nào.
Benito-Kwiecinski cho biết do não người và vượn người nhanh chóng tăng diện tích bề mặt trong giai đoạn đầu phát triển. Các nhà khoa học trước đây đã đưa ra giả thuyết rằng sự khác biệt có thể xuất hiện rất sớm sau quá trình thụ thai, trước khi các tế bào trưởng thành tế bào não.
Não người và vượn người nhanh chóng tăng diện tích bề mặt trong giai đoạn đầu phát triển.
Nhưng bởi vì mô não của bào thai người và bào thai vượn người không thể dễ dàng tiếp cận để nghiên cứu, các nghiên cứu trước đây chủ yếu tập trung vào các giai đoạn phát triển sau này khi các tế bào thần kinh đã tạo nên cảnh quan của não.
Nhưng sự ra đời của công nghệ organoid, vốn là mô hình của các cơ quan được nuôi cấy trong phòng thí nghiệm, đã giúp chúng ta có thể xem xét các giai đoạn trước đó.
Các nhà khoa học tạo ra các organoid não từ các tế bào gốc - các tế bào có thể biến đổi thành bất kỳ loại tế bào nào trong cơ thể và lập trình lại các tế bào đó để phát triển thành các cấu trúc giống như não bộ.
Trong nghiên cứu mới, Silvia Benito-Kwiecinski đã nuôi “tiểu não” của tinh tinh, khỉ đột và người trong phòng thí nghiệm (đây là lần đầu tiên một organoid não khỉ đột được tạo ra).
Họ bắt đầu với những quả bóng 3D gồm các tế bào được gọi là cơ thể phôi, mô phỏng các giai đoạn phát triển ban đầu của não - khoảng một tháng sau khi thụ thai - trước khi tế bào gốc trưởng thành thành tế bào não.
Sau đó, họ đưa những tế bào này vào ma trận gel và cho phép chúng phát triển “cấu trúc nảy chồi” hoặc tế bào tiền thân thần kinh, là những tế bào gốc cuối cùng sẽ biến thành tế bào não.
Benito-Kwiecinski cho biết: “Lý do khiến những tế bào tiền thân này thú vị là vì số lượng tế bào thần kinh được tạo ra phụ thuộc vào số lượng tế bào tiền thân được tạo ra”.
Nói cách khác, số lần phân chia của các tế bào tiền thân càng nhiều, thì càng có nhiều nơron cuối cùng sẽ hình thành. Các tế bào tiền thân này có hình trụ, nhưng khi trưởng thành, chúng bắt đầu dài ra và giống hình trục chính hơn.
Các nhà nghiên cứu phát hiện ra rằng trong não người, các tế bào tiền thân thần kinh mất lâu hơn vài ngày để trưởng thành thành các tế bào kéo dài phân chia so với não của tinh tinh và khỉ đột.
Benito-Kwiecinski cho biết thêm: “Có vẻ như tế bào người bị trì hoãn trong quá trình chuyển đổi”. Trong khoảng thời gian trì hoãn trước khi chuyển đổi, các tế bào tiền thân của con người phân chia nhiều hơn so với các tế bào của loài linh trưởng, tạo ra nhiều tế bào sẽ trưởng thành thành tế bào não hơn, và do đó não lớn hơn".
Để hiểu tại sao, các nhà nghiên cứu đã xem xét các gene được bật và tắt trong giai đoạn phát triển đầu tiên của não bộ ở các chất hữu cơ khác nhau. Họ phát hiện ra rằng gene ZEB2 được kích hoạt sớm hơn ở các organoid trong não khỉ đột so với các organoid của con người.
Để chắc chắn, khi các nhà nghiên cứu trì hoãn việc kích hoạt ZEB2 trong các tế bào tiền thân của khỉ đột, quá trình chuyển đổi thành các tế bào kéo dài sẽ mất nhiều thời gian hơn.
Khi họ bật ZEB2 sớm hơn ở các organoid của người, thì điều ngược lại xảy ra: Các tế bào trong các organoid của người bắt đầu phát triển giống như các tế bào trong các organoid của loài vượn, có nghĩa là chúng chuyển đổi thành các tế bào dài nhanh hơn.