Mencoba “Model” Penelitian Baru, Ilmuwan Berhasil Temukan Petunjuk Tentang Evolusi Otak

Seiring dengan berkembangnya penggunaan teknologi yang ada di dunia saat ini, pengetahuan manusia hampir dalam segala bidang pun turut mengalami perkembangan yang signifikan. Salah satu bidang yang mengalami kemajuan tersebut adalah bidang kedokteran atau medis.

Jika kita flashback kembali pada zaman-zaman yang sebelumnya, anda pasti bisa melihat betapa luar biasanya kemajuan dalam bidang kedokteran yang ada saat ini. Ada banyak sekali hal-hal menakjubkan yang telah berhasil dilakukan dan diciptakan oleh manusia dan semua itu adalah berkat dari pengetahuan para ilmuwan yang didukung oleh teknologi yang tersedia.

Dengan adanya teknologi-teknologi canggih tersebut, para ilmuwan kini menjadi lebih mudah untuk mengembangkan pengetahuan mereka dalam melakukan sejumlah penelitian, guna menemukan hal-hal atau inovasi-inovasi terbaru, yang berguna bagi kehidupan manusia.

Kalau dihitung-hitung, sudah banyak hal-hal baru yang telah ditemukan oleh para ilmuwan yang telah kita rasakan manfaatnya hingga sekarang ini. Adapun penemuan terbaru yang telah berhasil ditemukan oleh para ilmuwan baru-baru ini adalah penemuan petunjuk tentang evolusi yang terjadi di dalam otak manusia.

Terdengar sedikit membingungkan memang, tapi ini jelas sesuatu yang menarik. Mungkin saja penemuan ini bisa memberikan sejumlah informasi mengenai dampak evolusi yang terjadi terhadap perkembangan otak kita. Tidak inginkah anda mengetahui apa sebenarnya yang terjadi pada otak anda seiring bertambahnya usia atau berjalannya waktu?

Penemuan Petunjuk Tentang Evolusi Otak

Sembari melakukan pengeksploran terhadap otak manusia dengan menggunakan model musang mutan beberapa waktu lalu, para ilmuwan secara tidak sengaja berhasil menemukan petunjuk tentang evolusi otak besar manusia.

Pada dasarnya manusia telah diberkahi dengan otak yang relatif besar. Dan selama 7 tahun terakhir berdasarkan rentang waktu singkat dalam hal evolusi, ukuran otak tersebut telah meningkat 3 kali lipat dari ukuran yang sebelumnya.

Hal tersebut terjadi pada Cerebral Cortex, yaitu lapisan luar yang berlipat dan terlipat. Bagian ini merupakan wilayah terbesar dari otak besar, yang terdapat pada manusia. Berbagai pertanyaan tentang mengapa dan bagaimana otak manusia bisa lebih istimewa dibandingkan dengan makhluk hidup lainnya, sampai sekarang masih menjadi perdebatan.

Hal ini mungkin disebabkan karena masih kurangnya bukti untuk bisa memberikan kepastian terkait dengan hal tersebut. Menemukan petunjuk tentang perubahan genetik dan biologis yang terjadi jutaan tahun yang lalu sama saja seperti mencari jarum di dalam tumpukan jerami di sisi lain dari alam semesta ini.

Ungkapan tersebut memberi gambaran tentang betapa mustahilnya untuk melakukan hal tersebut. Namun, ungkapan tersebut dibalas atau disambut oleh para ilmuwan dengan ungkapan “Dimana ada keyakinan, di situ pasti ada jalan“. Benar saja, usaha para ilmuwan tersebut ternyata tak berakhir dengan sia-sia, karena “Hasil tidak akan mengkhianati proses“.

Anda mengertikan ungkapan-ungkapan yang kami sebutkan di atas tadi? 

Intinya, para ilmuwan telah berhasil membuktikan bahwa usaha mereka untuk menjawab pertanyaan tentang mengapa dan bagaimana otak manusia menjadi sangat istimewa tersebut ternyata berhasil.

Baru-baru ini, para peneliti dari sejumlah lembaga, termasuk Howard Hughes Medical Institute di Chevy Chase, MD, Universitas Yale di New Haven, CT dan Rumah Sakit Anak Boston di Massachusetts, melakukan serangkaian penelitian untuk mengamati microcephaly.

Microcephaly atau mikrosefali adalah kondisi langka ketidaknormalan sistem saraf, yang menyebabkan ukuran kepala bayi jauh lebih kecil dari ukuran normal kepala bayi yang memiliki usia dan dengan jenis kelamin yang sama.

Studi yang mereka lakukan ternyata membuahkan hasil dan memberikan informasi penting yang akan menambah pemahaman kita tentang mikrosefali. Selain itu, mereka jugaakan membawa kita lebih dekat dengan jarum di tumpukan jerami yang tadi disebutkan di atas. Temuan mereka tersebut telah dipublikasikan di dalam jurnal Nature baru-baru ini.

“Saya dilatih sebagai ahli saraf dan telah mempelajari anak-anak dengan penyakit otak perkembangan,” jelas Dr Christopher Walsh, dari Boston Children’s Hospital. “Saya tidak pernah mengira saya bisa mengintip ke dalam sejarah evolusi umat manusia.”

Hubungan Antara Mikrosefali dan Evolusi Otak

Bayi dengan mikrosefali biasanya memiliki kepala yang jauh lebih kecil dari bayi-bayi pada umumnya. Korteks serebri mereka diketahui tidak terbentuk dengan benar. Kondisi ini sering dikaitkan dengan masalah genetik, meskipun memang beberapa waktu lalu, mikrosefali ini juga dikaitkan dengan virus Zika.

Bagaimana dan mengapa korteks tersebut tidak terbentuk dengan benar masih belum dapat dipahami dengan sepenuhnya. Salah satu alasan mengapa menjelajahi topik ini begitu rumit adalah karena kurangnya model (bahan percobaan) yang baik untuk diteliti.

Biasanya para peneliti menggunakan tikus sebagai model percobaan saat mereka ingin meneliti sesuatu, namun untuk kasus yang satu ini tampaknya tikus bukanlah model yang sesuai, sehingga para peneliti tersebut tidak memakainya sebagai percobaan mereka.

Seperti yang bisa kita lihat, tikus adalah hewan yang memiliki ukuran tubuh yang terbilang kecil. Dengan ukurannya yang kecil, maka bisa dipastikan bahwa otak tikus tersebut pun juga pasti kecil. Benar nggak? Lagi pula, tikus tidak memiliki seleksi sel otak yang sama dengan manusia dan korteks otak yang mereka miliki juga halus.

Gen yang paling sering terlibat dalam pembentukan mikrosefali adalah gen yang mengkodekan protein, yang dikenal sebagai Aspm. Ketika gen ini bermutasi, ukuran otak manusia akan menjadi setengah dari ukuran normal.

Akan tetapi, pada tikus tanpa gen yang disebut sebagai tikus knockout Aspm, penyusutan otak yang akan mereka alami hanya sepersepuluhnya saja. Perubahan yang nyaris tidak terdeteksi ini paling tidak akan sangat berguna bagi para ilmuwan, terutama untuk mencari tahu tentang evolusi otak yang terjadi pada manusia.

Pada saat melakukan perburuan model mikrosefali yang lebih baik, para peneliti yang dipimpin oleh Dr. Walsh dan Byoung-II Bae dari Universitas Yale pada akhirnya beralih menggunakan musang.

Pada awalnya, banyak yang berpikir bahwa menjadikan musang sebagai model penelitian merupakan hal yang aneh. Namun, pemilihan ini cukup masuk akal. Tahu kenapa? 

  • Pertama, kita semua tahu kalau musang memiliki ukuran yang lebih besar dari tikus.
  • Kedua, musang memiliki korteks kompleks, dengan rentang jenis sel yang sama dengan manusia
  • Ketiga, mereka bisa berkembang biak dengan cepat dan bebas seperti tikus.

“Kalau dipandang begitu saja, musang memang terlihat lucu. Tapi mereka telah menjadi model penting untuk perkembangan otak selama 30 tahun”, jelas Dr. Walsh

Meskipun sebelumnya musang telah terbukti bermanfaat, namun hanya sedikit yang masih diketahui tentang genetika musang, sehingga dengan begitu, menciptakan versi Aspm knockout dari hewan ini akan sangat menantang. Tapi meskipun begitu, Dr Walsh, bagaimanapun tidak terpengaruh. Ketika dia mendapatkan pendanaan, dia langsung mulai bekerja.

Teringat tentang aspm knockout musang, tahukah anda bahwa hanya musang knockout kedua yang pernah dibuat manusia.

Seperti yang diharapkan, otak musang spm KO diketahui memiliki ukuran otak hingga 40 persen lebih kecil dari biasanya, sehingga membawanya lebih dekat dengan versi manusia mikrosefali. Dan seperti halnya manusia mikrosefali, ketebalan korteksnya tidak berubah.

Proses Bertambahnya Ukuran Otak Manusia

Ibarat “menyelam sambil minum air“, selain untuk tujuan merancang model baru dan berguna untuk melakukan penelitian pada mikrosefali manusia, tanpa di sadari para ilmuwan ini juga telah mencelupkan jari-jari kaki mereka pada sesuatu yang jauh lebih sulit, yaitu tentang bagaimana otak besar kita berevolusi.

Mereka mencoba untuk menyelidiki bagaimana hilangnya Apsm ini akan berdampak pada otak musang tersebut. Kerusakan itu ditelusuri kembali dengan melihat perubahan yang terjadi melalui perilaku sel-sel glial radial.

Sel glial radial ini berkembang dari sel neuroepithelial, yang merupakan sel induk dari sistem saraf. Ini mampu berkembang menjadi sejumlah jenis sel yang berbeda di korteks.

Saat sel tersebut mulai mendekati ventrikel otak yang sedang berkembang, sel-sel glial radial kemudian bergerak menuju korteks pembentuk. Ketika sel-sel ini bergerak lebih jauh dari titik awal mereka, perlahan-lahan mereka akan kehilangan kemampuan untuk berkembang menjadi berbagai jenis sel otak.

Dari hasil penelitian yang dilakukan, tim ilmuwan tersebut menemukan bahwa kurangnya Apsm menyebabkan sel-sel glial radial melepaskan diri dari ventrikel lebih mudah dan memulai migrasi mereka lebih awal.

Setelah waktunya habis, rasio sel-sel glial radial menjadi lebih kecoklatan dibandingkan dengan tipe atau jenis sel yang lainnya, serta menghasilkan lebih sedikit sel-sel saraf di korteks. Apsm ini sebenarnya bertindak sebagai pengatur, yang memutar ke atas atau ke bawah dari jumlah keseluruhan neuron kortikal.

Nah, di sinilah letak petunjuk evolusi otak manusia yang dimaksud.

“Alam harus memecahkan masalah perubahan ukuran otak manusia tanpa harus merekayasa ulang semuanya”, kata Byoung-Il Bae.

Apsm mengubah perkembangan otak dengan cara ini dengan mempengaruhi fungsi centrioles, atau struktur seluler yang terlibat dalam pembelahan sel. Tanpa Apsm, para centrioles tidak dapat melakukan pekerjaannya dengan benar.

Baru-baru ini, beberapa gen yang terlibat dalam pengaturan protein centriole, termasuk Apsm, telah mengalami perubahan evolusioner. Dr. Walsh percaya bahwa mungkin gen-gen inilah yang membedakan kita dari simpanse, atau sepupu jauh kita, Neanderthal.

“Masuk akal dalam retrospeksi,” kata Dr. Walsh. “Gen yang menyatukan otak kita selama perkembangan pasti adalah gen yang diubah oleh evolusi untuk membuat otak kita lebih besar.”

Dengan mengubah gen yang satu ini, migrasi sel-sel glial radial dapat diubah dan korteks dapat tumbuh lebih besar.

Demikianlah informasi yang bisa kami sampaikan mengenai evolusi otak manusia ini. Sekarang anda sudah pahamkan mengapa otak manusia itu berbeda dan lebih istimewa dari makhluk hidup yang lainnya?

Berkat adanya studi-studi ini, kini pengetahuan anda semakin bertambah, bukan? Kini anda sudah tahu bahwa tidak hanya tikus saja yang bisa dijadikan sebagai bahan atau alat percobaan saat meneliti sesuatu, karena hewan seperti musang sekalipun bisa dijadikan sebagai model baru dalam penelitian, terutama untuk mikrosefali.

Selain itu, satu hal terpenting yang bisa anda dapatkan dari informasi yang kami sampaikan di dalam artikel ini adalah bahwa anda telah mendapatkan wawasan baru tentang perkembangan (evolusi) yang terjadi pada otak besar kita.