Ilmu pengetahuan telah mengungkapkan wawasan baru mengenai perkembangan otak pada hewan. Dua studi terbaru yang diterbitkan dalam Science menunjukkan temuan mengejutkan tentang bagaimana burung, reptil, dan mamalia membentuk sirkuit otak yang kompleks secara terpisah meskipun ketiganya berasal dari nenek moyang yang sama.
Hasil penelitian ini menantang pandangan tradisional tentang evolusi otak dan menunjukkan bahwa meskipun fungsi otak antara kelompok-kelompok ini mirip, mekanisme pembentukannya dan jenis sel yang terlibat mengikuti jalur evolusi yang sangat berbeda. Penelitian ini dipimpin oleh Dr. Fernando García-Moreno dari Achucarro Basque Center for Neuroscience dan University of the Basque Country (UPV/EHU), bersama tim peneliti dari berbagai lembaga penelitian ternama.
Mengapa Otak Burung Berbeda dengan Mamalia?
Dalam studi pertama, yang dilakukan oleh Eneritz Rueda-Alaña dan Dr. Fernando García-Moreno, ditemukan bahwa meskipun burung dan mamalia memiliki sirkuit otak dengan fungsi yang serupa, cara pembentukan sirkuit ini selama perkembangan embrionik sangat berbeda. Hal ini menunjukkan bahwa otak burung dan mamalia mengembangkan struktur dan fungsi otak yang kompleks melalui jalur evolusi yang terpisah. Proses pembentukan neuron (sel otak) di kedua spesies ini terjadi di lokasi dan waktu yang berbeda, yang mengindikasikan bahwa neuron-neuron tersebut tidak dapat dibandingkan sebagai turunan dari nenek moyang yang sama.
Baca juga: Mempelajari Cara Kerja Otak Melalui Konsep Representasi Mental dan Mental Representation Block
Dengan menggunakan teknologi mutakhir seperti spatial transcriptomics dan pemodelan matematis, tim peneliti berhasil mengidentifikasi bahwa gen-gen yang digunakan untuk membentuk neuron-neuron yang bertanggung jawab atas pemrosesan sensorik pada burung dan mamalia berbeda. Alat genetik yang digunakan untuk menetapkan identitas seluler bervariasi antar spesies, masing-masing menghasilkan jenis sel yang baru dan unik. Temuan ini menunjukkan bahwa sirkuit dan struktur otak pada burung dan mamalia bukanlah hasil dari evolusi yang serupa, tetapi merupakan hasil dari evolusi konvergen, yaitu perkembangan otak yang rumit secara mandiri pada masing-masing spesies.
Perbedaan pada Jenis Sel Otak
Studi kedua yang dilakukan di Heidelberg University (Jerman), yang dipimpin oleh Bastienne Zaremba, Henrik Kaessmann, dan Dr. García-Moreno, memberikan pemahaman lebih mendalam tentang perbedaan jenis sel otak antara burung, mamalia, dan reptil. Dalam studi ini, peneliti berhasil membuat peta jenis sel otak burung dan membandingkannya dengan otak mamalia dan reptil. Tim dapat menggambarkan ratusan gen yang digunakan oleh setiap jenis neuron di otak ini, satu per satu, dan membandingkannya dengan alat bioinformatika.
Hasil penelitian menunjukkan bahwa burung telah mempertahankan sebagian besar neuron penghambat yang ada pada vertebrata lainnya selama ratusan juta tahun. Namun, neuron eksitatori yang bertanggung jawab untuk mentransmisikan informasi di pallium (bagian otak yang setara dengan neokorteks pada mamalia) telah berkembang dengan cara yang unik pada burung. Beberapa jenis neuron pada otak burung memiliki profil genetik yang mirip dengan yang ditemukan pada mamalia, seperti pada klostrum dan hippocampus, menunjukkan bahwa beberapa neuron sangat tua dan diwariskan antar spesies. Namun, sebagian besar neuron eksitatori telah berkembang dengan cara baru yang berbeda pada masing-masing spesies.
Impikasi Temuan Ini bagi Pemahaman tentang Evolusi Otak
Studi ini menunjukkan bahwa evolusi telah menemukan berbagai solusi untuk membangun otak yang kompleks. Temuan ini mengubah cara kita memahami evolusi otak, dengan menunjukkan bahwa burung mengembangkan sirkuit neural yang canggih melalui mekanisme mereka sendiri, tanpa mengikuti jalur yang sama dengan mamalia. Hal ini membuka pandangan baru tentang fleksibilitas evolusioner dalam perkembangan otak, yang membuktikan bahwa fungsi kognitif yang canggih dapat muncul melalui jalur genetik dan seluler yang sangat berbeda.
Penemuan ini juga memiliki dampak besar dalam bidang ilmu saraf komparatif. Memahami berbagai program genetik yang menghasilkan jenis neuron spesifik dapat membuka jalan baru untuk penelitian lebih lanjut dalam neurobiologi perkembangan. Tim menekankan pentingnya penelitian mendasar ini. Hanya dengan memahami bagaimana otak terbentuk, baik dalam perkembangan embrionik maupun dalam sejarah evolusinya, kita dapat benar-benar memahami bagaimana otak berfungsi.
Apa yang Membedakan Otak Burung dan Mamalia?
Salah satu perbedaan utama yang ditemukan dalam studi ini adalah cara otak burung dan mamalia membentuk sirkuit neural yang kompleks. Meskipun kedua kelompok ini memiliki kemampuan kognitif yang luar biasa, cara mereka mengembangkan kemampuan ini sangat berbeda. Pada mamalia, bagian otak yang disebut pallium menjadi tempat pembentukan neokorteks, bagian otak yang berperan dalam fungsi kognitif seperti pemrosesan informasi sensorik, pengambilan keputusan, dan kesadaran diri. Sebaliknya, pada burung, bagian otak yang serupa dengan neokorteks berkembang melalui jalur evolusi yang sangat berbeda.
Dalam kedua studi, para peneliti menggunakan teknik-teknik canggih seperti analisis sel tunggal dan pemodelan matematika untuk mempelajari perbedaan-perbedaan secara mendalam. Penemuan ini memberikan gambaran yang lebih jelas tentang bagaimana otak burung dan mamalia dapat mengembangkan sirkuit neural yang serupa namun dengan cara yang sangat berbeda. Hal ini menunjukkan fleksibilitas evolusi dalam cara otak hewan mengatasi tantangan lingkungan dan kebutuhan kognitif yang berbeda.
Kesimpulan: Otak Burung dan Mamalia, Dua Jalan Berbeda dalam Evolusi Otak
Penemuan ini membawa dampak besar dalam pemahaman kita tentang bagaimana otak berkembang di berbagai spesies. Fakta bahwa burung dan mamalia mengembangkan otak mereka secara mandiri melalui jalur evolusi yang berbeda, meskipun mereka memiliki nenek moyang yang sama, mengubah cara kita melihat hubungan antara struktur otak pada berbagai spesies. Ini menunjukkan bahwa meskipun ada kesamaan fungsi otak, jalur evolusi yang diambil oleh setiap kelompok sangat bervariasi.
Penelitian ini menegaskan pentingnya menggali lebih dalam sejarah evolusi otak, tidak hanya untuk memahami fungsi otak saat ini, tetapi juga untuk membuka kemungkinan baru dalam penelitian medis dan teknologi yang berhubungan dengan otak. Dengan memahami cara otak berkembang melalui berbagai jalur evolusi, kita dapat lebih baik memahami bagaimana otak manusia, burung, dan mamalia lainnya bekerja, serta bagaimana kita bisa mengatasi berbagai gangguan otak di masa depan.
Referensi:
[1] https://www.ehu.eus/en/web/campusa-magazine/-/birds-have-developed-complex-brains-independently-from-mammals, diakses pada 18 Februari 2025.
[2] Eneritz Rueda-Alaña, Rodrigo Senovilla-Ganzo, Marco Grillo, Enrique Vázquez, Sergio Marco-Salas, Tatiana Gallego-Flores, Aitor Ordeñana-Manso, Artemis Ftara, Laura Escobar, Alberto Benguría, Ana Quintas, Ana Dopazo, Miriam Rábano, María dM Vivanco, Ana María Aransay, Daniel Garrigos, Ángel Toval, José Luis Ferrán, Mats Nilsson, Juan Manuel Encinas-Pérez, Maurizio De Pittà, Fernando García-Moreno. Evolutionary convergence of sensory circuits in the pallium of amniotes. Science, 2025; 387 (6735) DOI: 10.1126/science.adp3411
[3] Bastienne Zaremba, Amir Fallahshahroudi, Céline Schneider, Julia Schmidt, Ioannis Sarropoulos, Evgeny Leushkin, Bianka Berki, Enya Van Poucke, Per Jensen, Rodrigo Senovilla-Ganzo, Francisca Hervas-Sotomayor, Nils Trost, Francesco Lamanna, Mari Sepp, Fernando García-Moreno, Henrik Kaessmann. Developmental origins and evolution of pallial cell types and structures in birds. Science, 2025; 387 (6735) DOI: 10.1126/science.adp5182
