Não người là gì nếu không phải hai hệ thần kinh cổ xưa ghép lại?
Tiến hóa não người có thể không tạo ra một cơ quan duy nhất từ đầu, mà ghép lại hai hệ thần kinh cổ xưa khác nhau thành một bộ não thống nhất, trong đó não trước–não giữa và não sau xuất phát từ hai dòng tế bào riêng biệt và vẫn giữ dấu vết phát triển khác nhau cho đến ngày nay.
Điểm mấu chốt cần chấp nhận – dù nghe rất nghịch lý – là bộ não của chúng ta vừa là một, vừa là hai. Các nhà nghiên cứu cho thấy não trước và não giữa được xây dựng từ một dòng tế bào thần kinh, trong khi não sau lại có nguồn gốc từ một dòng khác. Điều này phá vỡ hình dung quen thuộc rằng mô thần kinh sơ khai là một “khối vô định hướng”, sau đó mới tách nhánh thành các vùng khác nhau. Thay vào đó, sự phân đôi xảy ra rất sớm, gần như từ lúc phôi bắt đầu định hình hệ thần kinh. Từ góc nhìn tiến hóa, đây không chỉ là chi tiết chuyên môn: nó gợi ý rằng cấu trúc não cổ xưa của tổ tiên có thể đã là một phép “chắp vá” tinh vi hơn ta tưởng.
Hai dòng tế bào thần kinh: đường ranh phát triển bên trong não người
Nghiên cứu mới chỉ ra một sự phân chia rõ rệt trong phôi: hai quần thể tiền thân thần kinh không chồng lấn, mỗi nhóm đi theo một “số phận” khác nhau. Một nhóm kích hoạt gene Otx2 và phát triển thành não trước, não giữa; nhóm kia kích hoạt Gbx2 và đóng góp vào não sau. Đây không phải phân chia mềm có thể đảo ngược, mà là hai chương trình phát triển độc lập, gần như không chịu “nghe lệnh” khi bị ép chuyển vùng. Khi các nhà khoa học dùng tế bào gốc đa năng người để tái tạo hai trạng thái này, phần lớn tế bào đều chống lại việc biến thành vùng não “không đúng nguồn gốc” của chúng. Ngay cả cấu trúc chất nhiễm sắc – cánh cửa cho DNA – cũng đã mở/đóng khác nhau, khóa chặt danh tính tương lai của từng dòng tế bào. Nói cách khác, ranh giới phát triển giữa hai “bộ não” này được khắc thẳng vào cấp độ gene lẫn kiến trúc phân tử.
Theo một nhà sinh học phát triển tại Stanford, các nỗ lực trước đây nhằm tạo tế bào thần kinh não sau có thể đã vô tình cố gắng “uốn” tế bào tiền thân của não trước–não giữa thành tế bào não sau, trong khi nguồn gốc phát triển thực tế của chúng không cho phép điều đó. Đây là lời nhắc quan trọng: nếu ta hiểu sai bản đồ phát triển, mọi mô hình bệnh, liệu pháp tế bào, thậm chí cách chúng ta đọc cấu trúc não người đều có thể bị lệch ngay từ nền tảng.
Hơn nửa tỷ năm trước: khi hai hệ thần kinh tiến lại gần nhau
Giả thuyết hợp nhất não chỉ có ý nghĩa khi đặt vào nền tiến hóa não người dài hơn 500 triệu năm. Các nhà nghiên cứu tìm thấy hai chương trình phát triển thần kinh trước–sau tương tự không chỉ ở chuột và người, mà còn ở khỉ macaque, gà, cá ngựa vằn và giun acorn. Giun acorn – một loài không xương sống biển – chia sẻ chung tổ tiên với con người khoảng 550–600 triệu năm trước. Nếu sinh vật xa xôi này vẫn giữ hai chương trình phát triển tương tự, thì rất có khả năng sự phân đôi đã xuất hiện cực sớm trong lịch sử những cơ thể đối xứng hai bên. Ở một nhánh khác, nhiều loài sứa sở hữu hai hệ thần kinh riêng biệt ở các vùng cơ thể khác nhau. Sự song song này gợi ý một kịch bản: trên dòng tiến hóa dẫn tới động vật có xương sống, hai hệ thần kinh vốn tách biệt đã dần được đưa lại gần nhau trong không gian, rồi hợp lại thành một cơ quan chung.
Một câu trích dẫn xứng đáng ghi nhớ là: “bộ não hiện đại có thể là sản phẩm của một quá trình tiến hóa đặc biệt: hai hệ thống thần kinh cổ xưa ban đầu phát triển theo những con đường riêng, sau đó được kết hợp thành một cơ quan thống nhất”. Điều đó nghĩa là nếu giả thuyết này được củng cố, “đường nối” giữa hai phần não không chỉ là chi tiết phát triển của phôi, mà là dấu vết sống động của một sự kiện tiến hóa xảy ra từ hơn nửa tỷ năm trước. Những gì ta gọi là cấu trúc não cổ xưa vẫn đang sống trong hộp sọ mỗi người.
Đường nối cổ xưa trong não hiện đại: bằng chứng mới về cấu trúc và chức năng
Nghiên cứu được công bố trên một tạp chí thần kinh học hàng đầu cho thấy bộ não hiện đại mang trong mình hai chương trình phát triển riêng biệt, nay cùng vận hành trong một cấu trúc thống nhất. Alex Pollen – một nhà sinh học thần kinh – đánh giá công trình này cung cấp bằng chứng mạnh mẽ cho hai con đường phát triển tách biệt. Từ góc độ cấu trúc, điều đó nghĩa là những “đường nối” – các vùng chuyển tiếp giữa não trước–não giữa và não sau – không phải chi tiết ngẫu nhiên, mà là ranh giới còn sót lại từ hai hệ thống thần kinh cổ xưa. Qua thời gian, tiến hóa đã tối ưu để hai phần này hoạt động trơn tru như một hệ thống thống nhất, nhưng không xóa sạch dấu vết nguồn gốc của chúng. Đây là lời nhắc rằng trong giải phẫu và sinh lý học thần kinh, chúng ta đang nghiên cứu một cơ quan hợp nhất: không hoàn toàn đồng nhất, mà là thỏa hiệp lịch sử giữa hai “dòng phả hệ” tế bào khác nhau.
Điều đáng bàn là phát hiện này buộc chúng ta xem lại cách chia vùng chức năng trong não người. Nếu não sau có nguồn gốc từ một chương trình phát triển khác, không loại trừ khả năng một số rối loạn thần kinh “ưa chọn” vùng này vì di sản tiến hóa riêng của nó. Bản đồ phát triển mới không chỉ giải thích nguồn gốc bộ não, mà còn giải quyết một vấn đề thực nghiệm kéo dài nhiều năm về việc vì sao một số mô hình tế bào gốc khó tái tạo chính xác vùng não sau. Giả thuyết hợp nhất não, ở đây, không phải câu chuyện đẹp về quá khứ, mà là chìa khóa để làm rõ hiện tại.
Từ tiến hóa đến phòng thí nghiệm: ý nghĩa thực tiễn của một bộ não ghép đôi
Một câu hỏi công bằng là: hiểu thêm về tiến hóa não người có ích gì cho chúng ta hôm nay? Bản đồ phát triển mới trả lời thẳng: nó mở đường cho mô hình bệnh thần kinh chính xác hơn. Khi biết rõ tế bào nào thuộc “nửa” nào của chương trình phát triển, các nhà khoa học có thể nuôi cấy đúng loại tế bào não trước, não giữa hoặc não sau trong phòng thí nghiệm, thay vì cố ép một dòng tế bào “đổi nghề” giữa chừng. Điều này có thể cung cấp một mô hình mới để nghiên cứu bệnh xơ cứng teo cơ một bên và bệnh teo cơ tủy sống, hai bệnh lý gắn chặt với tế bào thần kinh vận động.
Việc tạo ra những tế bào thần kinh tương ứng trong phòng thí nghiệm có thể giúp theo dõi quá trình bệnh và thử nghiệm các giả thuyết thuận tiện hơn. Từ góc nhìn cá nhân, điều này nghĩa là những hiểu biết về cấu trúc não cổ xưa không nằm trong tháp ngà hàn lâm; chúng có thể góp phần thiết kế thuốc tốt hơn, chiến lược trị liệu tế bào chính xác hơn và chẩn đoán sớm hơn cho các bệnh thoái hóa thần kinh. Nếu bộ não của chúng ta là sản phẩm của một cuộc hợp nhất não cổ xưa, thì y học thần kinh trong thế kỷ này sẽ phải học cách nói chuyện với cả hai “giọng nói” tiến hóa bên trong nó – thay vì giả định mọi vùng đều giống nhau. Kết luận cần nhớ: hiểu lịch sử bộ não là điều kiện để chữa lành tương lai của nó.
