Mokslininkai aptiko mūsų DNR defektą, kuris galėjo padėti atskirti mūsų protėvius nuo neandertaliečių ir kitų išnykusių giminaičių.

Remiantis nauja ataskaita, mutacija, atsiradusi per pastaruosius šimtus tūkstančių metų, skatina daugiau neuronų vystytis toje smegenų dalyje, kurią naudojame sudėtingesnėms mąstymo formoms. studijuoti Ketvirtadienį paskelbta žurnale Science.

„Mes radome vieną geną, kuris neabejotinai prisideda prie to, kad mes taptume žmonėmis“, – sakė Max Plancko Molekulinių ląstelių biologijos ir genetikos instituto Drezdene (Vokietija) neurologas Wellandas Huttneris ir vienas iš tyrimo autorių.

Žmogaus smegenys leidžia daryti dalykus, kurių negali padaryti kiti gyviai, pavyzdžiui, naudoti tobulą kalbą ir kurti sudėtingus ateities planus. Dešimtmečius mokslininkai lygino mūsų smegenų anatomiją su kitų žinduolių smegenų anatomija, kad suprastų, kaip išsivystė tie sudėtingi gebėjimai.

Akivaizdžiausias žmogaus smegenų bruožas yra jų dydis – keturis kartus didesnis už šimpanzes, artimiausią gyvą mūsų giminaitę.

Mūsų smegenys taip pat turi skirtingų anatominių savybių. Už mūsų akių esanti žievės sritis, žinoma kaip priekinė skiltis, yra būtina kai kurioms sudėtingiausioms mūsų mintims. pagal Studija nuo 2018 mžmogaus priekinėje skiltyje yra daug daugiau neuronų nei tame pačiame šimpanzių plote.

Tačiau lyginant žmones su gyvomis beždžionėmis yra rimta klaida: mūsų paskutinis bendras protėvis gyveno su šimpanzėmis beveik prieš septynis milijonus metų. Norėdami užpildyti, kas nutiko nuo to laiko, mokslininkai turėjo kreiptis į mūsų naujausių protėvių, žinomų kaip homininų, fosilijas.

Ištyrę homininų kaukoles, paleoantropologai išsiaiškino, kad mūsų protėvių smegenys Reikšmingas padidėjimas Dydis, kuris prasidėjo maždaug prieš du milijonus metų. Gyvų žmonių dydį jie pasiekė maždaug prieš 600 000 metų. Neandertaliečiai, tarp mūsų artimiausių išnykusių homininų giminaičių, turėjo tokias pat dideles smegenis kaip mūsų.

Tačiau neandertaliečių smegenys buvo pailgos, o žmonių – a Labiau sferinis. Mokslininkai negali nustatyti šių skirtumų priežasties. Viena iš galimybių yra ta, kad skirtingų mūsų protėvių smegenų regionų dydis pasikeitė.

Pastaraisiais metais neurologai pradėjo tirti senovės smegenis naudodami naują informacijos šaltinį: DNR fragmentus, išsaugotus hominino fosilijose. Genetikai atkūrė ištisus genomus neandertaliečiai Taip pat jų rytiniai pusbroliai, Denisovanai.

Mokslininkai daugiausia dėmesio skyrė galimai esminiams skirtumams tarp mūsų genomų ir neandertaliečių bei denisoviečių genomų. Žmogaus DNR yra apie 19 000 genų. Šių genų koduojami baltymai dažniausiai sutampa su neandertaliečių ir denisovaniečių baltymais. Tačiau mokslininkai atrado 96 žmogui būdingas mutacijas, kurios pakeitė baltymo struktūrą.

2017 m. Anneline Pinson, daktaro Huttnerio laboratorijos tyrėja, žiūrėjo į šį mutacijų sąrašą ir pastebėjo mutaciją, kuri pakeitė geną, vadinamą TKTL1. Mokslininkai žinojo, kad TKTL1 suaktyvėja besivystančioje žmogaus žievėje, ypač priekinėje skiltyje.

„Žinome, kad priekinė skiltis svarbi pažinimo funkcijai“, – sakė daktaras Bensonas. – Tai buvo gera užuomina, kad jis gali būti įdomus kandidatas.

Dr. Bensonas ir kolegos atliko preliminarius eksperimentus su TKTL1 su pelėmis ir graužikais. Suleidę žmogaus geno versiją į besivystančių gyvūnų smegenis, jie nustatė, kad dėl to pelės ir graužikai gamina daugiau neuronų.

Tada mokslininkai atliko eksperimentus su žmogaus ląstelėmis, naudodami vaisiaus smegenų audinio dalis, gautas gavus moterų, patyrusių persileidimą Drezdeno ligoninėje, sutikimą. Naudokite daktarą Bensoną molekulinės žirklės Sutrumpinti TKTL1 geną iš audinių mėginių ląstelių. Be jo žmogaus smegenų audinys gamina mažiau vadinamųjų progenitorinių ląstelių, iš kurių susidaro neuronai.

Paskutiniame eksperimente tyrėjai nusprendė sukurti failą Miniatiūra kaip neandertaliečio smegenys. Jie pradėjo nuo žmogaus embrioninės kamieninės ląstelės ir modifikavo TKTL1 geną, kad jame nebūtų žmogaus mutacijos. Vietoj to, jis turėjo mutaciją, aptiktą mūsų giminaičiams, įskaitant neandertaliečius, šimpanzes ir kitus žinduolius.

Tada jie įdėjo kamienines ląsteles į cheminių medžiagų vonią, kuri paskatino ją paversti besivystančio smegenų audinio mase, vadinama smegenų organoidu. Jis sukūrė originalias smegenų ląsteles, kurios vėliau pagamino miniatiūrinę smegenų žievę, sudarytą iš neuronų sluoksnių.

Į neandertaliečius panašus smegenų organoidas sukūrė mažiau neuronų nei organoidas su žmogaus TKTL1 versija. Tai rodo, kad kai TKTL1 genas yra mutavęs, mūsų protėviai gali pagaminti papildomų neuronų priekinėje skiltyje. Nors šis pokytis nepadidino bendro mūsų smegenų dydžio, jis galėjo pertvarkyti jų laidus.

„Tai tikrai stiprybės kelionė“, – sakė tyrime nedalyvavęs Lježo universiteto Belgijoje neurologas Laurentas Nguyenas. „Nuostabu, kad toks mažas pokytis turi didelę įtaką neuronų gamybai.”

Naujas atradimas nereiškia, kad TKTL1 pati savaime suteikia paslaptį, kas daro mus žmonėmis. Kiti mokslininkai taip pat žiūri į 96 baltymus modifikuojančių mutacijų sąrašą ir atlieka savo eksperimentus.

Kiti daktaro Huttnerio laboratorijos nariai pranešė Liepą Dvi kitos mutacijos keičia besivystančių smegenų ląstelių dalijimosi greitį. praeitais metaisKalifornijos San Diego universiteto mokslininkų komanda nustatė, kad kita mutacija keičia jungčių, kurias žmogaus neuronai užmezga tarpusavyje, skaičių.

Kitos mutacijos taip pat gali būti svarbios mūsų smegenims. Pavyzdžiui, vystantis žievei, atskiri neuronai turi migruoti, kad surastų tinkamą nišą. Daktaras Nguyenas pažymėjo, kad kai kurios iš 96 žmonėms būdingų mutacijų yra pakeisti genai, kurie greičiausiai yra susiję su ląstelių migracija. Jis spėja, kad dėl mūsų mutacijų mūsų neuronai gali judėti kitaip nei neandertaliečių smegenų neuronai.

„Nemanau, kad tai istorijos pabaiga“, – sakė jis. „Manau, kad reikia daugiau dirbti, kad suprastume, kas daro mus žmonėmis smegenų vystymosi požiūriu.