چگونه آزمایش بمب‌های اتمی در زمان جنگ سرد به حل شدن یکی از رازهای مغز کمک کردند؟

طی سال‌های جنگ سرد، 500 بمب اتمی در جو زمین آزمایش شدند، پنجاه سال از آن دیوانگی‌ها گذشته، اما گویا آن آزمایش‌ها یک سود اندک علمی برای ما داشته است و آن پاسخ به یکی از مناقشه‌برانگیزترین سؤالاتی بوده که دانشمندان داشتند:

آیا مغز آدم‌های بالغ، سلول‌های عصبی تازه ایجاد می‌کند؟

دانشمندان سال‌ها به صورت محکمی به این مسئله باور داشتند که بعد از بلوغ، سلول‌های مغزی توانایی تولید سلول‌های جدید را از دست می‌دهند. اما در سال 1998، گروهی از پژوهشگران سوئدی، برای نخستین بار شاهدی برای اثبات خلاف این امر را یافتند، آنها از یک ماده که اکثرا از آن برای نشان‌گذاری سلول‌های سرطانی استفاده می‌شد، استفاده کردند. این دانشمندان آدم‌هایی را پیدا کردند که موافقت کرده بودند بعد از مرگشان روی بدن و مغزشان آزمایش شود. دانشمندان این ماده را به این آدم‌ها تزریق کردند و بعد از تشریح مغز آنها بعد از مرگ دریافتند که سلول‌های در قسمتی از مغزی به نام هیپوکامپ، حتی در دوران بلوغ هم تکثیر می‌شوند. اما متأسفانه بعدا مشخص شد که ماده‌ای که برای نشانگذاری استفاده شده بود، سمی است و دیگر دانشمندان نتوانستند آزمایش را تکرار کنند.

در همان زمان، آزمایش‌ روی موش‌ها تکرار شد و مشخص شد که این سلول‌های تازه نقش مهمی در حافظه و یادگیری دارند. اما به هر حال چون آزمایش انجام شده روی انسان‌ها، دیگر نمی‌توانست توسط گروه‌های تحقیقاتی مستقل تکرار شود، بین دانشمندان بر سر صحت این امر، اختلاف افتاد.

ده سال پیش، یک دانشمند زیست‌شناسی مولکولی به نام کیرستی اسپالدینگ، از مؤسسه تحقیقاتی کارولینسکای استکهلم، رهبری یک گروه تحقیقاتی را به عهده گرفت تا از شیوه متفاوتی برای تحقیق استفاده کنند:

99 درصد کربن در جو زمین، ایزوتوپ کربن 12 است، یک درصد آن کربن 13 است و مقدار کربن 14 جو خیلی ناچیز است، کربن 14 ایزوتوپی از کربن است که هسته‌اش 6 پروتون و 8 نوترون دارد.

آزمایش‌های اتمی در سال‌های دهه 1950 و 1960 میزان کربن 14 را در جو زمین دو برابر کرد و در سال 1963 با متوقف شدن آزمایش‌های اتمی روسطحی، این روند متوقف شد و کربن 14 اضافی جو به خاطر ناپایداری در حال کم شدن است. ننیمه‌عمر کربن 14 حدود 5730 سال است.

بدن انسان‌ها این کربن 14 را همراه کربن 12 جذب کرد، این کربن‌ها وارد DNA ما هم شدند، پس اگر به طور نظری، یک سلول را برداریم و نسبت کربن 14 به کربن 12 DNA آن را بسنجیم، می‌توانیم مشخص کنیم که سلول مزبور در چه زمانی تولید شده است.

اگر آزمایش‌های اتمی انجام نشده بودند، روش معمول کربن 14 که به صورت روتین از آن برای تعیین سن اشیای زیستی قدیمی چندهزار ساله مثل چوب و چرم و کاغذ استفاده می‌شود، کمکی نمی‌توانست به ما بکند، چون با توجه به نیمه عمر چند هزار ساله کربن 14 میزان خطا خیلی بالا می‌رفت، اما آن افزایش ناگهانی کربن 14 رها شده در جو، باعث شد که آزمایش برای تعیین سن سلول‌ها در بازه زمانی کوتاه معاصر هم معنی پیدا کند. نسبت کربن 14 به 12 در سال‌های آزمایش اتمی دو برابر شد و در دهه 1990 هم بیست درصد نسبت به مقدار معمول، بیشتر بود، پس اگر جدولی از میزان کربن 14 به 12 در چند دهه اخیر داشته باشیم، و سپس کربن 14 به 12 هر سلول عصبی را مشخص کنیم، می‌توانیم بگوییم که سلول عصبی قدیمی است یا بعدا در دوران بلوغ یک شخص تولید شده است. (+)

پیش از این اسپالدینگ از تعیین نسبت کربن 14 به 12 توانسته بود برای تعیین سن دندان‌ها در تحقیقات جنایی یا میزان بازسازی سلول‌های چربی استفاده کند، اما او مجبور بود حساسیت این شیوه اندازه‌گیری را بسیار زیاد کند تا قادر باشد نسبت ایزوتوپ را در DNA قسمتی از هیپوکامپ موسوم به شیار دندانه‌دار یا dentate gyrus بیشتر کند، این بافت تنها شش گرم وزن دارد.

او پنج سال تمام را صرف این پیدا کردن شیوه‌های مؤثر برای جدا کردن 20 میلیون سلول عصبی این قسمت از بقیه سلول‌ها و جدا کردن DNA آنها کرد. برای این کار او از شیوه فلورسانس استفاده کرد.

پنج سال بعدی هم طول کشید تا او روش‌هایی برای خالص کردن DNA و آزمایش اتم‌های کربن با استفاده از شتابدهنده‌های ذرات پرتوان بیابد.

سرانجام او به نتیجه رسید و نوبت به آزمایش روی مغز انسان فرا رسید. او هیپوکامپ 55 انسان متوفی را جدا کرد و به این نتیجه رسید که یک سوم سلول‌های هیپوکامپ به طور مرتب جایگزین می‌شوند که معادل اضافه شدن 1400 سلول عصبی در هر روز پس از بلوغ است.

نتایج این تحقیق در تازه‌ترین شماره مجله علمی معتبر Cell منتشر شده است.

به نظر می‌رسد که این سلول‌ها تازه عصبی در هیپوکامپ نقش مهمی داشته باشند، به عنوان مثال آنها در تمیز دادن چیزهایی که متعلق به یک موضوع باشند یا متمایز کردن خاطرات و اطلاعات نو از چیزهایی که قبلا آموخته شده‌اند، نقش دارند.

توانایی تجدید سلول‌های عصبی در مغز انسان، تنها محدود به جمعیت خاص و کوچکی است، این شاید یک امتیاز تکاملی برای ما نسبت به جانداران دیگری مثل ماهی‌ها یا پرندگان باشد، که می‌توانند سلول‌های همه مغزشان را در طی زندگی تجدید کنند، چرا که به این ترتیب ما سلول‌های عصبی قدیمی را در همه زندگی حفظ می‌کنیم و خاطرات و آموخته‌هایمان را نیز.

منبع