ه‍.ش. ۱۳۹۴ بهمن ۱۲, دوشنبه

تکامل مغز

از: دانشنامه‌ی آریانا

فرگشت مغز


فهرست مندرجات
مغزفرگشت

تکامل مغز یا فرگشت مغز (به انگلیسی: Brain Evolution)، فرایندی است که طی گذشت زمان سبب تغییرات اساسی در ساختار و کارکرد مغز موجودات زنده - از ماهی تا پستانداران و در نهایت انسان - گردیده است. این تغییرات مغز، مانند تغییرات سایر اندام‌های بدن، در سطح ژنی با جهش یا ترکیب جدید ژن‌های جانداران در هنگام تولید مثل به نسل‌های بعدی منتقل می‌شوند.


دید کلی

مَغْز یکی از حسّاس‌ترین و پیچیده‌ترین اندام بدن در همه‌ی مهره‌داران و بیشتر بی‌مهرگان است که در برخی گونه‌ها ۲ درصد از وزن بدن جان‌دار را تشکیل می‌دهد. این اندام، هم‌چنین در همه‌ی مهره‌داران و بیشتر بی‌مهرگان مرکز دستگاه عصبی است، که در سر و معمولاً نزدیک اندام‌های حسی نخستین مانند بینایی، بویایی، چشایی و شنوایی قرار دارد. تنها شماری از بی‌مهرگان مانند اسفنج دریایی، عروس دریایی، آب‌دزدک دریایی بالغ و ستاره دریایی مغز ندارند، هرچند دارای بافت عصبی پراکنده‌ای هستند.

از دید فیزیولوژی و تکاملی زیستی، کار مغز کنترل متمرکز بر روی سایر اندام‌های بدن است. مغز با تولید الگوهای فعالیت ماهیچه‌ها یا با هدایت مواد شیمیایی تراوشی که هورمون نام دارند، بدن را کنترل می‌کند. این کنترل متمرکز سبب پاسخ سریع و هماهنگ به تغییرات محیط می‌شود. برخی انواع پایه‌ای از پاسخ مانند بازتاب یا رفلکس عصبی می‌تواند توسط طناب نخاعی یا گره‌ها ایجاد شود، اما کنترل پیچیده و هدفمند بر رفتارها بر پایهٔ حس‌های ورودی پیچیده نیازمند توانایی یکپارچه‌سازی اطلاعات یک مغز متمرکز است.

با این حال، احتمالاً تنها یک موتاسیون (جهش) راه را برای تکامل سریع مغز هموار کرد. سایر موجودات نخستین عضلات فک بسیار قدرتمندی داشتند که نیرویی را به کل جمجمه آن‌ها وارد می‌ساخت و رشد آن را محدود می‌کرد. اما حدود دو میلیون سال قبل، جهشی رخ داد که این شرایط را در انسان‌ها دگرگون کرد و فوران رشد مغز هم بلافاصله بعد از آن صورت گرفت. این‌که چه‌چیزی باعث این فوران شد، مسئله دیگری است. محیط، احتمالاً چالش‌هایی ذهنی به‌وجود آورده بود و پیشرفت‌های اجتماعی نیز در این مساله دخیل بود.

دیوید گیری، در دانشگاه میسوری کلمبیا برای آزمایش کردن اهمیت نسبی این فشارها پروژه‌ای را آغاز کرد. او در این راستا اندازه جمجمه انسان‌گونه‌های مختلف را بر اساس شرایط محیطی محل زندگی‌شان - مثل تغییرات تخمینی دما به‌صورت سالانه و شرایط اجتماعی آن‌ها مثل بزرگ بودن محیط قبیله‌ای و گروهی - مورد بررسی قرار داد. هر دوی این شرایط می‌توانست باعث بزرگ شدن مغز شود اما ظاهراً شزایط اجتماعی تأثیر بیشتری بر این مساله داشت.

مغز بزرگ به‌شدت گرسنه است، بنابراین انسان‌های اولیه چاره‌ای نداشتند جز آن‌که رژیم غذایی خود را برای تامین نیاز مغز تغییر دهند.

روند گذار به گوشت‌خواری و همین‌طور اضافه شدن غذاهای دریایی به رژیم غذایی آن‌ها، احتمالاً در این خصوص کمک‌کننده بوده است، به‌خصوص به‌این‌خاطر که خوردن غذاهای دریایی در حدود دو میلیون سال پیش، توانست اسیدهای چرب امگا ۳ را برای ساخت و ساز مغز، به رژیم غذایی اضافه کند. احتمالاً پخته شدن غذا هم در این خصوص تاثیر مثبتی داشته است و هضم غذا را آسان کرده است.

این مساله در عین حال به اجداد ما اجازه داد که دل و روده کوچک‌تری داشته باشند و منابع اضافی دیگری را به ساخت مغز اختصاص دهند. البته بزرگ بودن مغز هم هزینه‌های خودش را دارد؛ از جمله خطر تفکر و تولید را.

وقتی که مغز بزرگ شد و ۱،۳ کیلوگرم توده هوشمند در اختیار انسان قرار گرفت، طرح پرسش‌ها راجع به هستی خود انسان آغاز شد!


تکامل مغز جانداران

مغز انسان‌ها میراث‌دار همه دوره‌ای تکامل است. در تمامی دوره‌هایی که تکامل اتفاق افتاده است پا به پای آن موجودات هم تکامل پیدا کرده‌اند و از هم متمایز شده‌اند. اما شاید مهم‌ترین چیزی که باعث تمایز تمامی این اختلافات بین موجودات زنده شده، مغز باشد که باعث بسیاری از تفاوت‌هاست. اما واقعاً مغز در طول تاریخ چقدر تغییر کرده است و تکامل چه اثراتی بر روی آن داشته است؟ شاید بهترین راه برای درک بهتر همه‌ی این اختلافات مقایسه مغز جانداران مختلف با یکدیگر است.

ستاره‌های دریایی، سیستم عصبی دارند اما دارای مغز نمی‌باشند. تنها با استفاده از گیرنده‌های حسی که در بازوهای‌شان قرار دارد به اشیا و نور پاسخ می‌دهند و برای این کار هم نیازی به سیستم پیچیده‌ای مانند مغز ندارند.

ماهیان، دارای مغز هستند اما مغزشنا نسبت به جثه‌شان خیلی کوچک است. مغز آن‌ها بر خلاف انسان‌ها درست در راستای ستون‌مهره‌هاست. دارای بویایی فوق‌العاده‌ای هستند و بینایی‌شان هم به ‌اندازه انسان‌هاست و دارای حس چشایی بی‌نظیری هستند و به تازگی هم مشخص شده است که ماهی‌ها هم درد می‌کشند. دوزیست‌ها از جمله قورباغه دو نیم کره دارند که نسبت به ماهی‌ها طولانی‌تر است. بویایی محشری دارند و از مغز آن‌ها ۱٠ جفت اعصاب جمجمه‌ای جدا می‌شود.

خزنده‌ها، از دوزیست‌ها هم پیشرفته‌تر هستند. اولین موجوداتی بودند که توانستند خشکی را تحمل کنند و به‌همین خاطر مغزشان خطرهایی را که در خشکی هم آن‌ها را تهدید می‌کند تشخیص می‌دهد. بقایای مغز خزندگان همان بخشی است که در مغز ما انسان‌ها به ساقه مغز معروف است.

پرندگان، بر اساس زندگی‌شان بوده که مغزشان تکامل پیدا کرده است. برای همین است که نسبت به خزندگان بویایی، چشایی و لامسه ضعیف‌تری دارند اما دارای شنوایی و بینایی فوق‌العاده‌ای هستند. البته در میان پرندگان هم هستند موجوداتی که دارای بویایی بالایی باشند مانند لاشخور و آشغال‌خورها. قشر خاکستری مغز پرندگان نسبت به پستانداران نازک‌تر است و به‌همین دلیل هم غیر پیشرفته‌تر است. بعضی از تحقیق‌ها می‌گویند که عمل کوچ کردن باعث شده است که مغز پرنده‌ها کوچک‌تر شود.

پستانداران، یک تفاوت بسیار بزرگ با مغز دیگر موجودات دارند. مغز پستانداران دارای قشر مخ عظیم‌تر و بزرگ‌تری هستند. در قشر مخ فرآیندهای پیچیده شناختی مانند یادگیری و حافظه‌اندوزی انجام می‌گیرد. برای همین است که معمولاً آزمایش‌های یادگیری یا آزمایش‌های داروشناسی را ابتدا روی این گروه از جانداران انجام می‌دهند. دارای سازگاری بیشتری نسبت به پرندگان هستند و مغزشان پیشرفته‌تر می‌باشد.

مغز نخستی‌ها، مانند میمون‌ها و شامپانزه‌ها، از همپالکی‌های پستانداران‌شان پیشرفته‌تر است. آن‌ها در گروه‌های بزرگی زندگی می‌کنند که سلسله مراتب پیچیده‌ای دارند. این نوع از زندگی باعث شده است که مغزشان احتیاج به محاسبات پیچیده‌ای داشته باشند. قشر مغز در این جانداران بسیار پیشرفته می‌باشد، پس قاعدتاً دیگر مشاهده یک شامپانزه که با یک ‌ای‌پد بازی می‌کند نباید شما را هیجان‌زده کند.

در نهایت، از نخستی‌ها تا انسان مغز انسان، کامل‌تر شده است. انسان‌های اندیشمند دارای پیشانی برآمده‌تری نسبت به نئاندرتال هستند. انسان در طول تاریخ دریافته است که باید کارها و برنامه‌هایش را بر اساس هدف و نظم تنظیم کند.


تکامل مغز انسان

اندازۀ متوسط مغز انسان، حدود دو برابرِ مغز پستاندارانی است که تقریباً هم جثۀ انسان هستند. مغز انسان در مدتی نزدیک به هفت میلیون سال سه برابر شده که البته بیشتر این رشد، در دو میلیون سال گذشته رخ داده است. تعیین دگرگونی‌های اندازه‌ی مغز در طول زمان، مستلزم دقت زیادی است. هر چند دسترسی به مغزی که به زمان‌های دوردست تعلق داشته باشد امکان‌پذیر نیست، اما اندازه‌گیری داخل کاسۀ جمجمۀ استخون‌های یافت‌شده و چند فسیل نادر که قالب طیبعی خود را حفظ کرده‌اند، این اجاز را می‌دهد که شواهدی از حجم مغز پیشینیان و جزئیات دیگری دربارۀ اندازه‌های نسبی بخش‌های عمدۀ مغز به‌دست آید.

اندازۀ مغز اجداد انسان، برای دو سوم طول تاریخ، به‌اندازه‌ی مغز میمون‌های امروزی بوده است. گونه‌های فسیلی معروف لوسی، استرالوپیتکوس آفارنسیس، جمجمه‌ای با حجم داخلی ۴۰۰ تا ۵۵۰ میلی لیتر داشته‌اند، در حالی که جمجمه‌ی شامپانزه حدود ۴۰۰ میلی‌لیتر و جمجمه‌ی گوریل بین ۵۰۰ تا ٧۰۰ میلی‌لیتر است. در طی این دوران؛ مغز گونه‌ی استرالوپیتکین شروع به تغییرات ظریف در ساختار و شکل، نسبت به مغز میمون‌ها می‌کند. برای نمونه؛ حجم نئوکورتکس شروع به رشد و سازماندهی دوبارۀ وظایف خود می‌کند، ولی این پیشرفت قابل رویت در مناطق دیگر مغز نیست.

دوران نهایی که بخش سوم از تاریخ تکامل انسان است، عمل بزرگ‌شدن حجم مغز انسان را به‌طور کامل در بر داشته است. شواهدی از اندازه‌ی متوسط مغز به همراه گسترش بخش زبان به‌نام منطقه‌ی بروکا که متصل به لُب فرونتال (قسمت جلویی مغز) می‌شود، در دست است که برای اولین‌بار در انسان ماهر (هومو هابیلیس) یا نخستین نوع انسان متفکر، در حدود ١،۹ میلیون سال پیش دیده شد. اولین جمجمه‌ی فسیلی انسان راست‌قامت (هومو ارکتوس)، در حدود ١،٨ میلیون سال پیش، نشان می‌دهد که او مغزی با متوسط حجم کمی بیش از ٦۰۰ میلی‌لیتر داشت.

از این پس حجم مغز گونه‌ی انسانی در یک مسیر آرام تکاملی، به بیش از ١۰۰۰ میلی‌لیتر در طی پانصدهزار سال رشد داشته است. نخستین انسان هوشمند (هومو ساپینس) تقریباً همین حجم مغز انسان امروزی را، با بیش از ١۲۰۰ میلی‌لیتر، دارا بوده است. در این مرحله؛ همان‌طور که پیچیدگی‌های فرهنگی و زبانی، نیازهای غذایی و هم‌چنین مهارت‌های فنی، یک جهش قابل توجه رو به رشد داشته، مغز انسان نیز با این جهش سازگاری یافته است. دگرگونی‌های فرم مغز انسان؛ در مناطق عمیق برنامه‌ریزی، ارتباطات، حل مسئله و دیگر مناطق عملکردهای شناختی، به‌صورت پیشرفته‌تری دیده می‌شود.

با این حال، گرچه نکته‌های بسیار متعددی وجود دارد که انسان را به یک گونه منحصر به فرد تبدیل کرده است؛ اما در میان تمام این موارد مغز و ذهن انسان در صدر این فهرست قرار می‌گیرند. ذهن انسان می‌تواند کارهای شناختی چون استفاده از زبان، تجسم آینده دور و پی بردن به تفکر دیگران و حدس آن را انجام دهد که سایر حیوانات نمی‌توانند.

دانشمندان از مدت‌ها پیش تصور می‌کردند که مغز بزرگ و ذهن قدرتمند به‌هم مرتبط هستند. از سه میلیون سال پیش فسیل اقوام باستانی انسان نشان‌دهنده یک افزایش چشمگیر در اندازه مغز بوده است. وقتی که رشد جمجمه‌ای انسان صورت گرفت نشانه‌هایی از شکل‌گیری ذهن پیچیده هم مشاهده شد و این نشانه‌ها در ساخت ابزارهای سنگی پیچیده‌تر و نقاشی روی دیوارهای غارها قابل مشاهده است.

هم‌چنین آن‌ها در تلاش بودند به این نکته پی ببرند که چگونه یک افزایش ساده در اندازه مغز می‌تواند به تکامل این توانایی‌ها منتهی شود. اکنون دو عصب‌شناس از دانشگاه هاروارد یک توضیح قوی اما ساده برای این موضوع ارائه کرده‌اند. این محققان استدلال کرده‌اند که در نیاکان انسان که مغزهای کوچک‌تری داشتند، عصب‌ها به‌شکل ساده‌تری با یک‌دیگر ارتباط داشتند، وقتی که مغز نیاکان انسان بزرگ‌تر شد این ارتباط‌ها از بین رفت و موجب شد که عصب‌ها مدارهای جدیدی تشکیل دهند.

دکتر راندی ال باکنر و دکتر فنا کرینن ایده‌ی خود را فرضیه افسار نام‌گذاری کرده و آن را طی مقاله‌ای در مجله گرایش‌های علوم شناختی منتشر کردند. این محققان نظریه خود را پس از تهیه نقشه‌های جزئی از ارتباط‌های مغزی انسان و پستانداران با استفاده از اسکنرهای اف‌ام‌آرآی (fMRI) ارائه کردند. وقتی که آن‌ها نقشه‌های خود را از گونه‌های دیگر با مغز انسان مقایسه کردند تفاوت‌های چشمگیری قابل مشاهده بود.

لایه خارجی مغز پستانداران به دو منطقه قشری حسی و حرکتی تقیسم شده است. برای مثال قشر بینایی پشت مغز را اشغال کرده است که در این قسمت عصب‌ها سیگنال‌های چشم را پردازش می‌کنند و لبه‌ها، سایه‌ها و سایر ویژگی‌های بصری را تشخیص می‌دهند. برای سایر حس‌ها هم قشر در نظر گرفته شده است. قشرهای حسی به سیگنال‌های مناطق قشرهای حرکتی متکی هستند. قشرهای حرکتی فرمان صادر می‌کنند. این مدار و اتصال برای کنترل رفتار اولیه پستانداران مناسب است. این رفتار نسبتاً ساده چگونگی سیم‌کشی عصب‌های انسان را توضیح می‌دهد. عصب‌ها در این منطقه عمدتاً ارتباط‌های کوتاهی با منطقه همسایه ایجاد می‌کنند. آن‌ها سیگنال‌ها را در مغز سلسله‌وار و به‌شکل دست به‌دست از قشرهای حسی گرفته و به قشرهای حرکتی منتقل می‌کنند.

پس از تولد پستانداران تجارب آن‌ها این سیم‌کشی‌ها را تقویت می‌کند. برای مثال هنگامی که پستانداران دنیا را مشاهده می‌کنند، عصب‌های قشر بصری ارتباط‌های بیشتری را برای قشرهای حرکتی ایجاد می‌کنند تا این حرکت سلسله‌وار سریع‌تر و موثرتر انجام شود. مغز انسان‌ها متفاوت است، هر چه بزرگ‌تر شود، قشرهای حسی و حرکتی آن‌ها به‌ندرت گسترش می‌یابد و به‌جای آن مناطق میانی که به آن‌ها قشرهای ارتباطی گفته می‌شود گسترش می‌یابد. قشرهای ارتباطی انسان برای انواع تفکر که آن‌ها در آن نسبت به حیوانات برتری می‌یابند حائز اهمیت است. در میان سایر کارهایی که این قشر ارتباطی انجام می‌دهد، تصمیم‌گیری، بازیابی خاطره‌ها و تعمق درباره خود از مهم‌ترین کارها به‌شمار می‌آید.

در مغز انسان، عصب‌ها سیگنال‌های شیمیایی دریافت می‌کنند که موجب می‌شود کارهای سلسله‌وار از قشرهای حسی به حرکتی انجام گیرد؛ اما به‌علت اندازه مغز انسان، برخی از عصب‌ها به‌قدری از سیگنال‌ها دور هستند که نمی‌توانند فرمان‌ها را دنبال کنند، همین موجب می‌شود که این عصب‌ها از سایرین جدا شده و یک مدار جدید را تشکیل دهند. این سیم‌کشی جدید برای تکامل ذهن انسان مهم است. قشرهای ارتباطی انسان، آن‌ها را از پاسخ‌های سریع که در مغز سایر پستانداران وجود دارد دور نگاه می‌دارد. این مناطق جدید مغزی می‌تواند بدون هیچ ورودی از دنیای خارج کار کند و بینش‌های جدیدی نسبت به محیط و خود ایجاد کند.


[] يادداشت‌ها




[] پيوست‌ها


...


[] پی‌نوشت‌ها

به‌طور خلاصه فرگشت زیستی یا تکامل (Evolution) به‌معنای تغییرات انباشته شده در یک جمعیت در طول زمان است. این تغییرات در سطح ژنی با جهش یا ترکیب جدید ژن‌های جانداران در هنگام تولید مثل به نسل‌های بعدی منتقل می‌شوند. گاهی اوقات یک جاندار ویژگی‌هایی را به ارث می‌برد که به بقا و تولید مثل او در شرایط محیطی کمک می‌کند. این ویژگی‌ها به مرور در جمعیت گونه زیاد می‌شوند، چون آن‌هایی که ویژگی‌های بهتری دارند زنده می‌مانند و آن‌هایی که ویژگی‌های مضری دارند به مرور در جمعیت کم و کمتر می‌شوند. به این فرآیندِ بقا و تولید مثل موفق بیشترِ بهترها، «انتخاب طبیعی» می‌گویند. تغییرات غیر ژنتیکی که در طول دوران زندگی موجودات زنده در بدن جانداران رخ می‌دهد به نسل‌های بعدی منتقل نمی‌شود. مثلاً عضلانی‌شدن اندام‌ها با ورزش و تغذیه را فرگشت نمی‌گویند، چون چیزی نیست که به نسل بعدی منتقل شود.
تمامی جانداران روی کره زمین در طول میلیاردها سال به‌طور تدریجی در فرآیند فرگشت به‌وجود آمده‌اند. جانداران اولیه بسیار ساده بوده‌اند، و به مرور در فرآیند فرگشت به اشکال مختلف درآمده‌اند. از این نظر همه موجودات زنده با هم نیای مشترک دارند. یعنی همگی موجودات زنده بر روی کره زمین با هم قوم و خویش‌اند! انسان‌ها و درختان بلوط، پروانه‌ها و نهنگ‌ها، همه و همه خویشاوندان دورتر و نزدیک‌تر هم هستند.
مدارک فرگشت نه تنها از طریق دیرین‌شناسی (مطالعه فسیل‌ها) بلکه توسط مقایسه ژن‌ها، آناتومی مقایسه‌ای، جنین‌شناسی، بیوشیمی، توزیع جغرافیایی و دیگر رشته‌های علمی هم تایید شده‌ است. از ۱۵۰ سال پیش که چارلز داروین نظریه فرگشت با انتخاب طبیعی را مطرح کرد، کوهی از مدارک در تایید و پشتیبانی آن پیدا شده است. مدارک فسیلی از زمان داروین تاکنون روز به روز افزایش یافته و همگی شواهد به‌طور مکرر در تأیید نظریه فرگشت بوده است. و مهم‌تر از آن با کشف دی‌ان‌ای و فرآیند تکثیر ژن‌ها، فهم واپاشی رادیواکتیو (برای تخمین عمر نمونه‌ها)، مشاهده انتخاب طبیعی در طبیعت و آزمایشگاه، و بررسی شواهد موجود در ژنوم جانداران (شامل انسان) باعث شده که اعتبار فرگشت به‌طور روزافزون تقویت شود. تا جایی‌که امروزه فرگشت به‌عنوان یک حقیقت علمی شناخته می‌شود.
در این‌جا نکته‌ی مهم این است، که طبيعت به‌هيچ عنوان دنبال تکامل‌دادن موجودات نيست، بلکه تنها موجوداتی قادر به زنده‌ماندن و تکثير هستند که همزيستی بيشتری با تغييرات طبیعت را کسب کرده باشند.



[] جُستارهای وابسته






[] سرچشمه‌ها







[] پيوند به بیرون

[۱ ٢ ٣ ۴ ۵ ٦ ٧ ٨ ٩ ۱٠ ۱۱ ۱٢ ۱٣ ۱۴ ۱۵ ۱٦ ۱٧ ۱٨ ۱۹ ٢٠]

رده‌ها:...