สมองกบยุ่งอยู่นานก่อนที่จะก่อตัวเต็มที่ เพียงหนึ่งเว็บตรงวันหลังจากปฏิสนธิ สมองของตัวอ่อนเริ่มส่งสัญญาณไปยังที่ห่างไกลในร่างกาย ช่วยดูแลเค้าโครงของรูปแบบที่ซับซ้อนของกล้ามเนื้อและเส้นใยประสาท และเมื่อสมองหายไป ความโกลาหลของร่างกายก็บังเกิด นักวิจัยรายงาน ออนไลน์25 กันยายนในNature Communications
แคทเธอรีน แมคคัสเกอร์ นักชีววิทยาด้านพัฒนาการแห่งมหาวิทยาลัยแมสซาชูเซตส์ บอสตัน
ระบุว่า ผลลัพธ์ที่ได้จากตัวอ่อนและลูกอ๊อดไร้สมอง ช่วยให้นักวิทยาศาสตร์เข้าใจถึงประเภทของสัญญาณที่เกี่ยวข้องในการทำให้มั่นใจว่าร่างกายมีพัฒนาการอย่างถูกต้อง นักวิทยาศาสตร์คุ้นเคยกับสัญญาณระยะสั้นในเซลล์ใกล้เคียงที่ช่วยสร้างโครงร่าง แต่เนื่องจากขีปนาวุธที่อธิบายใหม่เหล่านี้เดินทางจากสมองไปยังส่วนต่างๆ ของร่างกาย พวกมันจึงเป็น “ตัวอย่างแรกของสัญญาณระยะไกลจริงๆ” เธอกล่าว
Celia Herrera-Rincon จาก Tufts University ในเมดฟอร์ด รัฐแมสซาชูเซตส์ และเพื่อนร่วมงานได้คิดค้นวิธีง่ายๆ ในการหยอกล้ออิทธิพลของสมองที่มีต่อร่างกายที่กำลังเติบโต เพียงหนึ่งวันหลังจากปฏิสนธิ นักวิทยาศาสตร์ได้ตัดสมองที่ยังคงก่อตัวของตัวอ่อนกบเล็บแอฟริกันออก เอ็มบริโอเหล่านี้รอดชีวิตจนกลายเป็นลูกอ๊อดได้แม้ไม่มีสมอง ซึ่งเป็นลักษณะทางชีววิทยาที่ช่วยให้นักวิจัยเห็นว่าสมองจำเป็นต่อการพัฒนาร่างกายหรือไม่
กล้ามเนื้อ เลอะเทอะเส้นใยกล้ามเนื้อที่พัฒนาตามปกติจะมีความหนาแน่น
และจัดเรียงเป็นช่วงเว้นระยะอย่างสม่ำเสมอ (บนสุด) แต่ในตัวอ่อนของกบที่ไม่มีสมอง เส้นใยเหล่านี้มีความหนาแน่นน้อยกว่าและมีเส้นขอบที่ขุ่นกว่า (ด้านล่าง)
C. HERRERA-RINCON ET AL / NATURE COMMUNICATIONS 2017
คำตอบนั้นชัดเจนและน่าประหลาดใจ ใช่แล้ว Herrera-Rincon กล่าว ก่อนที่สมองจะโตเต็มที่ สมองได้จัดระเบียบและชี้นำพฤติกรรมของอวัยวะอยู่แล้ว ลูกอ๊อดไร้สมองมีรูปแบบของกล้ามเนื้อที่บิดเบี้ยว โดยปกติเส้นใยกล้ามเนื้อจะสร้างลายบั้งแบบเรียงซ้อน แต่ในลูกอ๊อดที่ไม่มีสมอง รูปแบบนี้ไม่ได้เกิดขึ้นอย่างถูกต้อง Michael Levin ผู้เขียนร่วมการศึกษาจาก Tufts University กล่าวว่า “เส้นแบ่งระหว่างส่วนต่างๆ นั้นดูไม่เป็นระเบียบ “พวกเขาไม่สามารถรักษาเส้นตรงได้”
เส้นใยประสาทที่ผ่าร่างลูกอ๊อดก็เติบโตในรูปแบบที่ผิดปกติเช่นกัน เลวินและเพื่อนร่วมงานสังเกตเห็นเส้นใยประสาทพิเศษที่เลื้อยข้ามลูกอ๊อดไร้สมองในรูปแบบที่วุ่นวาย “เครือข่ายเส้นประสาทที่ไม่ควรอยู่ที่นั่น” เขากล่าว
ความผิดปกติของกล้ามเนื้อและเส้นประสาทคือความแตกต่างที่ชัดเจนที่สุด แต่ลูกอ๊อดที่ไร้สมองอาจมีข้อบกพร่องที่ละเอียดอ่อนกว่าในส่วนอื่นๆ ของร่างกาย เช่น หัวใจ การค้นหาข้อบกพร่องเหล่านั้นเป็นเรื่องของการทดลองอย่างต่อเนื่อง Levin กล่าว
นอกจากการรักษารูปแบบให้ตรงจุดแล้ว สมองของกบยังอาจปกป้องร่างกายของมันจากการถูกทำร้ายด้วยสารเคมี โมเลกุลที่จับกับโปรตีนบางชนิดในเซลล์ในร่างกายไม่มีผลต่อตัวอ่อนปกติ แต่เมื่อให้ตัวอ่อนที่ไม่มีสมอง โมเลกุลเดียวกันนี้ทำให้ไขสันหลังและหางของพวกมันโค้งงอ ผลลัพธ์เหล่านี้ชี้ให้เห็นว่าในช่วงเริ่มต้นของการพัฒนา สมองจะรักษาตัวอ่อนให้ปลอดภัยจากสารที่อาจก่อให้เกิดอันตรายได้
“สมองกำลังสั่งสอนเซลล์ที่อยู่ห่างไกลจากมัน” เลวินกล่าว แม้ว่าจะไม่ทราบข้อมูลประจำตัวที่แม่นยำของสัญญาณระยะไกลเหล่านี้ แต่นักวิจัยก็มีแนวคิดบางอย่าง เมื่อให้ตัวอ่อนที่ไม่มีสมองได้รับยาที่มีเป้าหมายไปที่เซลล์ที่ตอบสนองต่อสารเคมีอะซิติลโคลีน รูปแบบของกล้ามเนื้อก็ดีขึ้น ในทำนองเดียวกัน การเพิ่มโปรตีนที่เรียกว่า HCN2 ซึ่งสามารถปรับการทำงานของเซลล์ก็ดูเหมือนจะช่วยพัฒนากล้ามเนื้อได้เช่นกัน จำเป็นต้องมีการทำงานมากขึ้นก่อนที่นักวิทยาศาสตร์จะรู้ว่าการแทรกแซงเหล่านี้เป็นการเลียนแบบข้อความจากสมองช่วงแรกหรือไม่ และถ้าเป็นเช่นนั้น จะต้องทำอย่างไร
การพัฒนากบไม่เหมือนกับการพัฒนาของสัตว์เลี้ยงลูกด้วยนม แต่การพัฒนากบ “ค่อนข้างใช้ได้กับชีววิทยาของมนุษย์” McCusker กล่าว ด้วยวิธีพื้นฐาน มนุษย์และกบถูกสร้างขึ้นจากกล่องเครื่องมือระดับโมเลกุลเดียวกัน เธอกล่าว ดังนั้นผลที่ได้จึงบอกเป็นนัยว่าสมองของมนุษย์ที่กำลังเติบโตอาจมีปฏิสัมพันธ์ในทำนองเดียวกันกับร่างกายมนุษย์ที่กำลังเติบโตเว็บตรง / บาคาร่าเว็บตรง
