Az autizmus és az emberi evolúció kapcsolata

A tanulmány szerzői úgy gondolják, hogy az emberi agy evolúciójának sebessége segíthet megmagyarázni, miért fordul elő autizmus az emberi fajban.

A szerzők szerint az autizmussal kapcsolatos bizonyos gének az emberben más fajokhoz képest alulreguláltak, és az autizmus az emberi kognitív tulajdonságok gyors evolúciójának mellékterméke lehet. Az emberi agy kétségtelenül igen bonyolult és egyedülállóan hatékony. A komplex nyelv, a mélyreható előre tervezés, a mély empátia és a kultúra csak néhány azok közül a teljesítmények közül, amelyeket ez a hatékony szerv tett lehetővé. Neurológiai képességeink evolúciós előnyöket jelentettek őseink számára. Lehetővé tették az emberi faj elterjedését a világban, és azt, hogy alkalmazkodjon mindenféle földi környezethez.

A Molecular Biology and Evolution című folyóiratban megjelent tanulmány  https://academic.oup.com/mbe/article/42/9/msaf189/8245036 szerzői szerint azonban agyunk szédítően bonyolult áramkörei – és azok fejlődésének sebessége – lehet az oka annak is, hogy az autizmus gyakori a fajunkban.

Az emlős agysejtek típusai igen hasonlóak

Egysejtű RNS-szekvenálás segítségével a tudósok kimutatták, hogy az egér agyában legalább 49 sejttípus található. Bármennyire meglepő, de az emberi agyban ugyanezek az agysejttípusok fordulnak elő, tehát az ember és más emlősök agya közötti hihetetlen különbség nem a speciális sejteknek köszönhető, hanem az agysejtek egymáshoz kapcsolódásának és az agysejtekben előforduló gének kifejeződési szintjének.

A gyors evolúciós változás

Régóta ismert, hogy egyes fehérjék sokkal gyorsabban fejlődnek és változnak, mint mások. Az egerekben található bizonyos fehérjék például szinte megegyeznek az emberi testben található fehérjékkel. Más fehérjék viszont annyira különböznek, hogy alig tűnnek rokonnak, ezért is széleskörű kutatások folynak annak megértése érdekében, hogy milyen tényezők befolyásolják egy fehérje évezredek alatti változatlanságát, vagy a fajok evolúciója során történő gyors megváltozását. Azt gondolják, hogy a változás sebességét leginkább az befolyásolja, hogy az adott fehérje mennyire elterjedt a szervezetben: ha egy fehérje nagy mennyiségben expresszálódik az egész szervezetben, akkor nem valószínű, hogy gyorsan megváltozik. Ennek oka, hogy bármilyen módosítás valószínűleg megzavarja a szervezet valamelyik anyagcsereútját vagy funkcióját.

Másrészt a szervezetben viszonylag ritkán előforduló fehérjéknek valamivel több szabadságuk van: ha megváltoznak, akkor is, ha változásuk eredménye negatív, általában kevesebb hatással vannak az egész szervezetre. Ez több teret ad nekik az evolúciós manőverezéshez. Lehet, hogy a legritkább agysejt-típusok rendelkeznek a legnagyobb evolúciós szabadsággal, és hogy az emberi faj esetén ez a szabadság eredményezte a kiemelkedő kognitív képességeket? És ez segíthet-e megmagyarázni az autizmus spektrum zavarhoz (ASD) kapcsolódó agyi változásokat?

Az autizmus kizárólag az emberre jellemző

A szerzők hipotézisével összhangban korábbi kutatások kimutatták, hogy az autizmusra való hajlammal kapcsolatos bizonyos gének gyakran fordulnak elő a genom úgynevezett emberben felgyorsuló régióiban (human-accelerated regions, HARs HAR). Ezek a HAR-ok olyan genomszakaszok, amelyek más emlősökben jól konzerváltak, de az emberben viszonylag gyorsan fejlődtek. Ez a gyors evolúció arra utal, hogy szerepet játszhatnak az emberi faj különbözőségét jelentő tulajdonságok kialakulásában. A csimpánzokkal közös utolsó ősünktől való elválás után tehát az emberekben olyan idegsejt-változások alakultak ki, amelyek specifikusak a kognitív képességeinkre, és egyúttal növelik az autizmus kialakulásának valószínűségét is.

Hipotézisük tesztelésére a tanulmány szerzői az azonos típusú és hasonló feladatot ellátó emlős agysejtek génkifejeződésének mértékét vizsgálták, és az egyes gének aktivitásában jelentős különbségeket találtak.

Új ismeretek az agy evolúciójáról

Hat emlősfajt vizsgálva azt találták, hogy minél gyakoribb volt egy sejttípus, annál hasonlóbb volt a génkifejeződésük, míg a ritkább sejttípusok génkifejeződésében nagy különbségek mutatkoztak a hat faj között. Azt is megfigyelték, hogy az L2/3 IT neuronok az emberben váratlanul gyorsan fejlődtek a majmok hasonló sejttípusaihoz képest, és bizonyos, az autizmussal kapcsolatos gének expressziója az emberben aránytalanul alacsony.

A 2/3-as réteg intratelencefális excitátoros neuronjai kritikus fontosságúak a magasabb rendű kortikális feldolgozáshoz. Hosszú távú kapcsolatokat alakítanak ki a kéreg különböző régiói között, lényegében integrálva az információkat és támogatva a komplex kognitív funkciókat, mint például az absztrakt gondolkodás, a szociális kogníció és a nyelv. A kutatások szerint ezek a kommunikációs útvonalak különösen fontosak az emberre jellemző kognitív képességek szempontjából. Mivel ezek az idegsejtek összekötik az agy különböző területeit, fejlődésükben vagy működésükben fellépő problémák jelentős hatással lehetnek arra, ahogyan az agy koordinálja az információkat (így összefüggésbe hozhatók az autizmussal).

Összességében a tanulmány szerzői úgy vélik, hogy az emberi agy gyors evolúciója olyan változásokat okozott, amelyek növelték az autizmus kialakulásának valószínűségét. Ez az összhangban áll az idegtudományban régóta fennálló hipotézissel: hogy azok a tulajdonságok, amelyek az emberi kognitív képességeket rendkívülivé teszik (mint például az idegsejtek közötti nagyszámú és rendívül bonyolult összeköttetés, valamit a vastagabb agykéreg) – sebezhetőséget is jelenthetnek.

„Ha arra koncentrálunk, hogy ezek a speciális neuronok hogyan fejlődnek, kommunikálnak és alkalmazkodnak a tipikus és atipikus agyban, akkor új mechanizmusokat fedezhetünk fel az autizmus területén, és ez talán majd egyszer lehetővé teszi a célzott farmakológia és viselkedési beavatkozásokat, amelyek támogatják a kéregben a kapcsolatokat és a funkcionális integrációt.”

Ez a tanulmány tovább erősíti azon egyre gyarapodó bizonyítékok sorát, amelyek szerint az autizmus nem rendellenesség, hanem „egy idegfejlődési eltérés, amely összefüggésbe hozható azokkal a neurális rendszerekkel, amelyek az emberre jellemző kognitív képességeket teszik lehetővé”.

Az agy energiaigényének lehetséges szerepe

John Jay Gargus professzor (Kaliforniai Egyetem) a cikkel kapcsolatos kritikájában hiányolta azt az alapvető hipotézist, hogy miért következtek be ezek az evolúciós változások. Hangsúlyozta továbbá, hogy a kutatók nem vették figyelembe az energiatermelés fontosságát. Agyunk csak a testtömegünk 2%-át teszi ki, de az szervezetben keletkező energia körülbelül 20%-át használja fel. Véleménye szerint az autizmus „a modern agyunk evolúciós igényei és az azokat támogató anyagcsere-rendszerek közötti eltérést tükrözi”. Úgy véli, hogy az autizmust nem az evolúció okozza, hanem az, hogy agyunk olyan energiaigényes, hogy a gyermekkori zavarok – például még a kisebb mitokondriális problémák is – „a mérleg nyelvét olyan fejlődési rendellenességek felé billenthetik, mint az autizmus”, amely esetében az enyhe mitokondriális diszfunkció igen gyakori jelenség”.

Forrás:

A General Principle of Neuronal Evolution Reveals a Human-Accelerated Neuron Type Potentially Underlying the High Prevalence of Autism in Humans https://academic.oup.com/mbe/article/42/9/msaf189/8245036