我们人类是如何变成今天的样子的,这是科学家们长期以来一直试图回答的问题。我们是如何进化出如此高级的认知能力,从而产生复杂的语言、诗歌和火箭科学的呢?现代人类的大脑在哪些方面不同于我们最近的进化亲戚,比如尼安德特人丹尼索瓦人吗?

通过重新引入灭绝物种的古老基因人类大脑“迷你”科学家们已经开始发现新的线索。

我们对人类进化的大部分了解都来自对古代化石和骨骼的研究。我们知道尼安德特人和丹尼索瓦人与人类分道扬镳大约在50 -60万年前最后一批尼安德特人直到大约4万年前才从欧洲消失。

研究还表明,人类和尼安德特人杂交,尼安德特人有很多更复杂的比之前预想的更湿、更软。

从研究的大小和形状头骨化石我们还知道,古人类的大脑和现代人类的头骨大小差不多,如果不是更大的话,而且形状也不一样。然而,尽管这些变化可能与不同的认知能力和功能相关,但化石不能单独解释形状如何影响功能。幸运的是,最近的技术进步提供了一条新的途径来理解我们与我们已经灭绝的亲戚之间的区别。

智人与尼安德特人。资料来源:维基百科CC冲锋队

通过对古代DNA的测序,科学家可以将尼安德特人、丹尼索瓦人和现代人的基因进行比较。这有助于鉴别不同点和相似性,揭示了我们与尼安德特人和丹尼索瓦人的大部分DNA是相同的。

然而,在特定的区域,有一些基因变异只由现代人携带。这些人类特有的DNA区域可能是区分我们的物种和我们灭绝的亲戚的特征。通过了解这些基因的工作原理,我们可以了解现代人类独有的特征。

比较古代和现代DNA序列的研究发现了基因上的差异对功能、行为和发展都很重要大脑的某些特定基因与细胞分裂和突触(在细胞间传递神经电脉冲)有关。这表明人类大脑的成熟比尼安德特人的要慢。

具体来说,就是发展眼窝前额皮质自与尼安德特人分离以来,婴儿的大脑可能发生了显著但微妙的变化,这被认为与决策等高阶认知有关。人类达到性成熟的时间也比他们的祖先晚,这有助于解释为什么我们活得更长。

越来越多的大脑

长期以来,人们一直不清楚哪些进化变化是最重要的。一个由Alysson Muotri在加州大学圣地亚哥分校,最近发表了一项研究科学这让我们对这个问题有了一些了解。

他们通过从皮肤中提取干细胞来培育微型大脑——科学上称为“类器官”。大脑的类器官不像我们一样有意识——它们非常简单,由于缺乏血液供应,体积不会超过5到6毫米。但它们可以发出脑电波,并形成相对复杂的光神经网络。

研究小组将一种与大脑发育有关的已经灭绝的基因插入到类器官中诺贝尔奖获得者CRISPR-Cas9通常被称为“基因剪刀”的技术可以精确地编辑和操纵基因。

人类大脑器官的图像。
人类大脑瀑样。图片来源:NIH / Flickr

我们知道在尼安德特人和丹尼索瓦人身上发现了该基因的旧版本,而后来的一个突变将该基因变成了现代人携带的当前版本。

这些经过工程处理的类有机物显示出几个不同之处。它们的扩张速度比人类类器官慢,并且改变了神经元之间连接的形成。与光滑、球形的现代人类类器官相比,它们也更小、表面粗糙、复杂。

一个驱动突变?

这项研究确定了现代人类和古人类之间61个不同的基因。其中一个基因是NOVA1在早期大脑发育过程中,它在调节其他基因的活动中起着至关重要的作用。它也在突触的形成中发挥作用。

NOVA1活性的改变曾被发现会导致神经系统疾病,如小头症(导致头小)、癫痫、严重的发育迟缓和一种称为“小头症”的遗传疾病家族性神经异常,表明它对人类正常的大脑功能很重要。现代人类携带的版本只改变了代码中的一个字母。这种变化导致该基因的产物NOVA1蛋白具有不同的成分,可能还有不同的活性。

在分析这些类器官时,科学家们发现,古老的NOVA1基因改变了277个其他基因的活动——其中许多基因参与了创建脑细胞之间的突触和连接。因此,迷你大脑的细胞网络与现代人类的不同。

这意味着NOVA1基因的突变导致了我们大脑的基本变化。DNA密码中一个字母的改变可能会使现代人的大脑功能提升到一个新的水平。但我们不知道这到底是怎么发生的。

研究小组表示,他们将继续研究这一令人着迷的发现通过更详细地研究其他60个基因,看看当您更改每个或多个的组合时会发生什么。

毫无疑问,这是一个有趣的研究领域,类有机物为了解这些古老物种的大脑提供了重要的线索。但我们才刚刚开始。单一基因的操作并不能捕获真正的尼安德特人和丹尼索瓦人遗传学。但它仍然可以帮助科学家理解某些人类特定基因是如何工作的。谈话

本文转载自谈话在知识共享许可下。读了原文

图片来源:维基共享

伊齐亚在隆德大学实验医学系获得神经科学博士学位。她的研究主要集中在识别脑部疾病的新的遗传风险变异。具体来说,她关注的是基因变异在免疫系统中的作用以及帕金森病和阿尔茨海默病的发展和进展。伊兹亚的研究包括人类…
Per Brattås在隆德大学获得了分子神经遗传学博士学位,在那里他研究了人类大脑的发育、紊乱和进化的遗传学。他的研究重点是剖析人类和黑猩猩的基因差异如何影响大脑发育过程中的基因表达模式。Per的经验包括基因组学、CRISPR-Cas9、大脑疾病和模式……