Miben különbözik az agyad egy neandervölgyitől?

A tudósok felfedeztek egy hibát a DNS-ünkben, amely segíthetett elválasztani őseink elméjét a neandervölgyiek és más kihalt rokonok elméjétől.

Egy új jelentés szerint az elmúlt több százezer évben keletkezett mutáció több neuron fejlődését serkenti az agy azon részében, amelyet összetettebb gondolkodásmódunkhoz használunk. tanulmány Megjelent a Science csütörtökön.

„Amit találtunk, az egy gén, amely határozottan hozzájárul ahhoz, hogy emberré váljunk” – mondta Welland Huttner, a drezdai Max Planck Molekuláris Sejtbiológiai és Genetikai Intézet idegtudósa és a tanulmány egyik szerzője.

Az emberi agy lehetővé teszi számunkra, hogy olyan dolgokat tegyünk, amelyeket más élőlények nem képesek megtenni, például tökéletes nyelvhasználatot és összetett jövőterveket. A tudósok évtizedek óta hasonlítják össze agyunk anatómiáját más emlősökével, hogy megértsék, hogyan fejlődtek ki ezek a kifinomult képességek.

Az emberi agy legnyilvánvalóbb jellemzője a mérete – négyszer akkora, mint a legközelebbi élő rokonunk, a csimpánzé.

Agyunknak külön anatómiai jellemzői is vannak. A szemünk mögötti kéreg területe, az úgynevezett homloklebeny, elengedhetetlen néhány legösszetettebb gondolatunkhoz. alapján Tanulmány 2018-tólaz emberi homloklebeny sokkal több idegsejtet tartalmaz, mint a csimpánzoknál ugyanez a terület.

De az emberek és az élő majmok összehasonlításának van egy komoly hibája: legutóbbi közös ősünk közel hétmillió évvel ezelőtt élt együtt csimpánzokkal. Az azóta történtek kiegészítéséhez a tudósoknak legutóbbi őseink, a homininok kövületeihez kellett fordulniuk.

A homininok koponyájának vizsgálata után a paleoantropológusok felfedezték, hogy őseink agya Jelentős növekedés Olyan méret, amely körülbelül kétmillió évvel ezelőtt kezdődött. Körülbelül 600 000 évvel ezelőtt érték el az élő ember méretét. A legközelebbi kihalt hominin rokonaink közül a neandervölgyiek agya akkora volt, mint a miénk.

De a neandervölgyiek agya megnyúlt, míg az embereknek a Gömbösebb. A tudósok nem tudják megállapítani ezeknek a különbségeknek az okát. Az egyik lehetőség az, hogy őseink agyának különböző régióinak mérete megváltozott.

Az elmúlt években az idegtudósok egy új információforrással kezdték meg az ősi agy kutatását: a hominin kövületekben megőrzött DNS-darabokat. A genetikusok teljes genomját rekonstruálták neandervölgyiek Valamint keleti unokatestvéreik, a Denisovans.

A tudósok a genomunk, valamint a neandervölgyiek és a denisovánok genomja közötti potenciálisan döntő különbségekre összpontosítottak. Az emberi DNS körülbelül 19 000 gént tartalmaz. Az e gének által kódolt fehérjék többnyire megegyeznek a neandervölgyiekben és a denisovánokban található fehérjékkel. A kutatók azonban 96 emberspecifikus mutációt fedeztek fel, amelyek megváltoztatták a fehérje szerkezetét.

2017-ben Anneline Pinson, Dr. Huttner laboratóriumának kutatója a mutációk ezen listáját vizsgálta, és észrevett egy mutációt, amely megváltoztatta a TKTL1 nevű gént. A tudósok tudták, hogy a TKTL1 aktívvá válik a fejlődő emberi kéregben, különösen a homloklebenyben.

„Tudjuk, hogy a homloklebeny fontos a kognitív funkciókhoz” – mondta Dr. Benson. „Szóval ez jó tipp volt, hogy érdekes jelölt lehet.”

Dr. Benson és munkatársai előzetes kísérleteket végeztek TKTL1-gyel egereken és rágcsálókon. Miután befecskendezték a gén emberi változatát a fejlődő állatok agyába, azt találták, hogy az egerekben és rágcsálókban több neuront termeltek.

Ezután a kutatók emberi sejtekkel végeztek kísérleteket, a magzati agyszövet azon részeit használva, amelyeket egy drezdai kórházban elvetélt nők beleegyezésével szereztek. Használja Dr. Bensont molekuláris olló A TKTL1 gén csonkolása a szövetminták sejtjeiről. Enélkül az emberi agyszövet kevesebb úgynevezett progenitor sejtet termel, amelyekből neuronok keletkeznek.

Utolsó kísérletükben a kutatók egy fájl létrehozását tűzték ki célul Miniatűr, mint egy neandervölgyi agy. Egy emberi embrionális őssejttel kezdték, és módosították a TKTL1 gént, hogy ne legyen benne emberi mutáció. Ehelyett a rokonainknál, köztük a neandervölgyieknél, csimpánzoknál és más emlősöknél található mutációt hordozta.

Ezután az őssejtet vegyi anyagok fürdőjébe helyezték, ami arra késztette, hogy fejlődő agyszövetté, úgynevezett agyi organoidlá alakuljon. Eredeti agysejteket hozott létre, amelyek aztán egy miniatűr agykérget hoztak létre, amely idegsejtek rétegeiből állt.

A neandervölgyihez hasonló agyi organoid kevesebb neuront hozott létre, mint a TKTL1 emberi változatával rendelkező organoid. Ez azt jelzi, hogy a TKTL1 gén mutációja esetén őseink további neuronokat termelhetnek a homloklebenyben. Bár ez a változás nem növelte agyunk méretét, valószínűleg átszervezte a vezetékeket.

„Ez valóban egy erőút” – mondta Laurent Nguyen, a belga Liège-i Egyetem idegkutatója, aki nem vett részt a tanulmányban. „Figyelemre méltó, hogy egy ilyen kis változás jelentős hatással van az idegsejtek termelésére.”

Az új felfedezés nem jelenti azt, hogy a TKTL1 önmagában adja meg annak a titkát, hogy mi tesz minket emberré. Más kutatók is vizsgálják a 96 fehérjemódosító mutáció listáját és saját kísérleteiket.

Dr. Huttner laboratóriumának más tagjai is beszámoltak júliusban Két másik mutáció megváltoztatja a fejlődő agysejtek osztódási sebességét. tavalya San Diego-i Kaliforniai Egyetem kutatócsoportja megállapította, hogy úgy tűnik, hogy egy másik mutáció megváltoztatja az emberi neuronok egymással kialakított kapcsolatainak számát.

Más mutációk is fontosak lehetnek agyunk számára. Például, ahogy a kéreg fejlődik, az egyes neuronoknak vándorolniuk kell, hogy megtalálják a megfelelő rést. Dr. Nguyen megjegyezte, hogy az emberre jellemző 96 mutáció közül néhány olyan megváltozott gén, amely valószínűleg részt vesz a sejtvándorlásban. Azt feltételezi, hogy a mutációink miatt az idegsejtjeink másképp mozognak, mint a neandervölgyi agyban.

„Nem hiszem, hogy ez a történet vége” – mondta. „Szerintem több munkára van szükség ahhoz, hogy megértsük, mi tesz minket emberré az agy fejlődését tekintve.”