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,从而产生了复杂的语言、诗歌和火箭科学?现代人类的大脑与我们最近的进化亲戚的大脑有什么不同,比如尼安德特人丹尼索瓦人

通过将这些灭绝物种的古老基因重新引入人类大脑“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于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不同大约在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很多更复杂的比之前预想的更湿、更软。

通过研究它的大小和形状头骨化石我们还知道,古人类的大脑与现代人的头骨大小大致相同,如果不是更大的话,而且形状似乎也不同。然而,尽管这些变化可能与不同的认知能力和功能有关,但化石本身并不能解释形状如何影响功能。幸运的是,最近的技术进步为理解我们与已经灭绝的近亲之间的区别提供了新的途径。

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,科学家们可以将尼安德特人和丹尼索瓦人的基因与现代人的基因进行比较。这有助于识别异同这表明,我们的大部分DNA与尼安德特人和丹尼索瓦人相同。

然而,在特定的区域,有些基因变异是由现代人类携带的。这些特定于人类的DNA区域可能负责将我们的物种与我们已经灭绝的亲属区分开来的特征。通过了解这些基因是如何工作的,我们就可以了解现代人类特有的特征。

比较古代和现代DNA序列的研究已经确定了基因的差异重要的功能,行为和发展特别是与细胞分裂和突触(在细胞间传递神经电脉冲)有关的基因。这表明,人类的大脑比尼安德特人的大脑成熟得更慢。

具体来说,就是发展眼窝前额皮质在与尼安德特人分离后,婴儿的认知能力可能发生了显著但微妙的变化,这被认为与决策等高级认知能力有关。人类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久。

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。一组科学家由Alysson Muotri加州大学圣地亚哥分校最近发表了一项研究科学这为这个问题提供了一些线索。

他们通过从皮肤中提取的干细胞来培养微型大脑——科学上称为“类器官”。大脑器官并不像我们一样有意识,它们非常简单,由于缺乏血液供应,它们的大小不会超过5或6毫米。但它们可以发射脑电波,并生长出相对复杂的神经网络,对光线作出反应。

研究小组在类器官中植入了一种与大脑发育有关的灭绝基因诺贝尔奖获得者CRISPR-Cas9技术,通常被称为“基因剪刀”,它可以精确编辑和操纵基因。

人脑类器官图像。
人类大脑瀑样。图片来源:NIH / Flickr

我们知道,旧版本的基因存在于尼安德特人和丹尼索瓦人,而后来的一次突变将该基因变成了现代人类携带的当前版本。

这些经过改造的类器官显示出一些不同之处。它们比人类的类器官扩张得慢,并且改变了神经元之间连接的形成。与光滑的球形现代人体器官相比,它们更小,表面粗糙复杂。

一个驱动突变?

这项研究发现了现代人和古人类之间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方面起着至关重要的作用。它还在突触的形成中发挥作用。

此前已发现,NOVA1活性的改变会导致神经系统疾病,如小头症(导致小头)、癫痫、严重发育迟缓和一种名为“小头症”的遗传疾病家族性神经异常这表明它对正常的人类大脑功能很重要。现代人携带的基因版本只改变了一个字母。这种变化导致该基因的产物NOVA1蛋白具有不同的成分,可能还具有不同的活性。

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脑细胞之间突触和连接的创建。结果,微型大脑的细胞网络与现代人类的不同。

这意味着NOVA1的突变导致了我们大脑的基本变化。DNA密码中一个字母的变化可能会激发现代人类大脑功能的新水平。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有趣的发现通过更详细地研究其他60个基因,看看当你改变每一个或几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,这些类器官为研究这些古老物种的大脑提供了重要的见解。但我们才刚刚开始。单个基因的操控并不能捕捉到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了解某些人类特定基因是如何工作的。谈话

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