Čím se váš mozek liší od neandrtálce?

Vědci objevili defekt v naší DNA, který mohl pomoci oddělit mysl našich předků od mysli neandrtálců a dalších vyhynulých příbuzných.

Mutace, která vznikla v posledních stovkách tisíc let, podle nové zprávy stimuluje vývoj více neuronů v části mozku, kterou používáme pro naše složitější formy myšlení. studie Publikováno v Science ve čtvrtek.

„To, co jsme našli, je jeden gen, který rozhodně přispívá k tomu, že jsme lidé,“ řekl Welland Huttner, neurolog z Institutu Maxe Plancka pro molekulární buněčnou biologii a genetiku v Drážďanech v Německu a jeden z autorů studie.

Lidský mozek nám umožňuje dělat věci, které ostatní živé bytosti dělat nemohou, jako je používání dokonalého jazyka a vytváření složitých plánů do budoucna. Po celá desetiletí vědci porovnávali anatomii našeho mozku s jinými savci, aby pochopili, jak se tyto sofistikované schopnosti vyvinuly.

Nejviditelnějším rysem lidského mozku je jeho velikost – čtyřnásobek velikosti šimpanzů, našeho nejbližšího žijícího příbuzného.

Náš mozek má také odlišné anatomické rysy. Oblast kůry za očima, známá jako čelní lalok, je nezbytná pro některé z našich nejsložitějších myšlenek. podle Studie z roku 2018lidský čelní lalok obsahuje mnohem více neuronů než stejná oblast u šimpanzů.

Ale srovnávání lidí s žijícími lidoopy má vážnou chybu: Náš nejnovější společný předek žil se šimpanzi téměř před sedmi miliony let. Aby vědci doplnili, co se od té doby stalo, museli se obrátit na fosilie našich nejnovějších předků, známých jako hominini.

Po prozkoumání lebek homininů paleoantropologové zjistili, že mozky našich předků Výrazný nárůst Velikost, která začala asi před dvěma miliony let. Dosáhli velikosti žijících lidí asi před 600 000 lety. Neandrtálci, mezi našimi nejbližšími vyhynulými příbuznými homininů, měli mozek stejně velký jako my.

Ale mozky neandrtálců byly protáhlé, zatímco lidé mají a Více kulovité. Vědci nemohou určit příčinu těchto rozdílů. Jednou z možností je, že různé oblasti mozku našich předků změnily velikost.

V posledních letech začali neurovědci zkoumat starověké mozky s novým zdrojem informací: kousky DNA uchované ve fosiliích homininů. Genetici rekonstruovali celé genomy neandrtálci Stejně jako jejich východní bratranci, Denisované.

Vědci se zaměřili na potenciálně zásadní rozdíly mezi našimi genomy a genomy neandrtálců a denisovanů. Lidská DNA obsahuje asi 19 000 genů. Proteiny kódované těmito geny se většinou shodují s proteiny nalezenými u neandrtálců a denisovanů. Ale vědci objevili 96 lidských specifických mutací, které změnily strukturu proteinu.

V roce 2017 se Anneline Pinsonová, výzkumnice v laboratoři Dr. Huttnera, dívala na tento seznam mutací a všimla si mutace, která pozměnila gen zvaný TKTL1. Vědci věděli, že TKTL1 se stává aktivním ve vyvíjejícím se lidském kortexu, zejména ve frontálním laloku.

„Víme, že čelní lalok je důležitý pro kognitivní funkce,“ řekl doktor Benson. „Takže to byla dobrá nápověda, že by mohl být zajímavým kandidátem.“

Dr. Benson a kolegové provedli předběžné experimenty s TKTL1 na myších a hlodavcích. Po injekci lidské verze genu do mozku vyvíjejících se zvířat zjistili, že to způsobilo, že myši a hlodavci produkují více neuronů.

Dále vědci provedli experimenty na lidských buňkách s použitím částí mozkové tkáně plodu získané se souhlasem žen, které potratily v drážďanské nemocnici. Použijte Dr. Bensona molekulární nůžky Zkrátit gen TKTL1 z buněk ve vzorcích tkání. Bez něj lidská mozková tkáň produkuje méně takzvaných progenitorových buněk, které dávají vznik neuronům.

Ve svém posledním experimentu se vědci rozhodli vytvořit soubor Miniatura jako mozek neandrtálce. Začali s lidskou embryonální kmenovou buňkou a upravili gen TKTL1 tak, aby neměl lidskou mutaci. Místo toho nesl mutaci nalezenou u našich příbuzných, včetně neandrtálců, šimpanzů a dalších savců.

Poté kmenovou buňku umístili do lázně s chemikáliemi, které ji přiměly, aby se proměnila v masu vyvíjející se mozkové tkáně, nazývanou mozkový organoid. Vytvořila původní mozkové buňky, které pak vytvořily miniaturní mozkovou kůru složenou z vrstev neuronů.

Organoid mozku podobný neandrtálci vytvořil méně neuronů než organoid s lidskou verzí TKTL1. To naznačuje, že když je gen TKTL1 mutován, naši předkové mohou produkovat další neurony ve frontálním laloku. I když tato změna nezvýšila celkovou velikost našeho mozku, možná přeorganizovala jeho zapojení.

„Tohle je opravdu silová cesta,“ řekl Laurent Nguyen, neurolog z univerzity v Lutychu v Belgii, který se na studii nepodílel. „Je pozoruhodné, že tak malá změna má významný dopad na produkci neuronů.“

Nový objev neznamená, že TKTL1 sám o sobě poskytuje tajemství toho, co z nás dělá lidi. Další výzkumníci se také dívají na seznam 96 mutací modifikujících protein a provádějí své vlastní experimenty.

Další členové laboratoře Dr. Huttnera hlásili v červenci Dvě další mutace mění rychlost dělení vyvíjejících se mozkových buněk. minulý roktým výzkumníků z Kalifornské univerzity v San Diegu zjistil, že další mutace zřejmě mění počet spojení, která mezi sebou vytvářejí lidské neurony.

Pro náš mozek mohou být důležité i další mutace. Například, jak se vyvíjí kůra, jednotlivé neurony potřebují migrovat, aby našly své správné místo. Dr. Nguyen poznamenal, že některé z 96 mutací jedinečných pro lidi jsou pozměněné geny, které se pravděpodobně podílejí na migraci buněk. Spekuluje, že naše mutace mohou způsobit, že se naše neurony budou pohybovat jinak než neurony v mozku neandrtálců.

„Nemyslím si, že to je konec příběhu,“ řekl. „Myslím, že je potřeba více práce, abychom pochopili, co z nás dělá lidi z hlediska vývoje mozku.“