Vedci objavili defekt v našej DNA, ktorý mohol pomôcť oddeliť mysle našich predkov od mysle neandertálcov a iných vyhynutých príbuzných.

Mutácia, ktorá vznikla v posledných stovkách tisíc rokov, podľa novej správy stimuluje vývoj väčšieho počtu neurónov v časti mozgu, ktorú používame na naše zložitejšie formy myslenia. štúdium Publikované v Science vo štvrtok.

„To, čo sme našli, je jeden gén, ktorý rozhodne prispieva k tomu, že sme ľudia,“ povedal Welland Huttner, neurológ z Inštitútu Maxa Plancka pre molekulárnu bunkovú biológiu a genetiku v Drážďanoch v Nemecku a jeden z autorov štúdie.

Ľudský mozog nám umožňuje robiť veci, ktoré iné živé tvory nedokážu, ako napríklad používať dokonalý jazyk a vytvárať zložité plány do budúcnosti. Po desaťročia vedci porovnávali anatómiu nášho mozgu s inými cicavcami, aby pochopili, ako sa tieto sofistikované schopnosti vyvinuli.

Najzrejmejšou črtou ľudského mozgu je jeho veľkosť – štyrikrát väčšia ako veľkosť šimpanzov, nášho najbližšieho žijúceho príbuzného.

Náš mozog má tiež odlišné anatomické rysy. Oblasť kôry za našimi očami, známa ako predný lalok, je nevyhnutná pre niektoré z našich najzložitejších myšlienok. podľa Štúdia z roku 2018ľudský predný lalok obsahuje oveľa viac neurónov ako rovnaká oblasť u šimpanzov.

Ale porovnávanie ľudí so živými ľudoopmi má vážnu chybu: náš najnovší spoločný predok žil so šimpanzmi pred takmer siedmimi miliónmi rokov. Aby vedci doplnili, čo sa odvtedy stalo, museli sa obrátiť na fosílie našich najnovších predkov, známych ako hominíny.

Po preskúmaní lebiek hominínov paleoantropológovia zistili, že mozgy našich predkov Výrazný nárast Veľkosť, ktorá začala asi pred dvoma miliónmi rokov. Dosiahli veľkosť živých ľudí asi pred 600 000 rokmi. Neandertálci, medzi našimi najbližšími vyhynutými príbuznými hominínov, mali mozgy rovnako veľké ako my.

Ale mozgy neandertálcov boli predĺžené, zatiaľ čo ľudia majú a Viac sférické. Vedci nevedia určiť príčinu týchto rozdielov. Jednou z možností je, že rôzne oblasti mozgu našich predkov zmenili veľkosť.

V posledných rokoch začali neurovedci skúmať staroveké mozgy s novým zdrojom informácií: kúskami DNA zachovanými vo fosíliách hominínov. Genetici zrekonštruovali celé genómy neandertálci Rovnako ako ich východní bratranci, Denisovaní.

Vedci sa zamerali na potenciálne zásadné rozdiely medzi našimi genómami a genómami neandertálcov a denisovanov. Ľudská DNA obsahuje asi 19 000 génov. Proteíny kódované týmito génmi sa väčšinou zhodujú s tými, ktoré sa nachádzajú u neandertálcov a denisovanov. Vedci však objavili 96 ľudských špecifických mutácií, ktoré zmenili štruktúru proteínu.

V roku 2017 sa Anneline Pinsonová, výskumníčka v laboratóriu Dr. Huttnera, pozerala na tento zoznam mutácií a všimla si mutáciu, ktorá zmenila gén nazývaný TKTL1. Vedci vedia, že TKTL1 sa stáva aktívnym vo vyvíjajúcej sa ľudskej kôre, najmä vo frontálnom laloku.

„Vieme, že predný lalok je dôležitý pre kognitívne funkcie,“ povedal doktor Benson. „Takže to bol dobrý náznak, že by mohol byť zaujímavým kandidátom.“

Dr. Benson a kolegovia vykonali predbežné experimenty s TKTL1 na myšiach a hlodavcoch. Po injekcii ľudskej verzie génu do mozgu vyvíjajúcich sa zvierat zistili, že to spôsobilo, že myši a hlodavce produkujú viac neurónov.

Ďalej vedci uskutočnili experimenty na ľudských bunkách, pričom použili časti mozgového tkaniva plodu získané so súhlasom žien, ktoré potratili v drážďanskej nemocnici. Použite Dr. Bensona molekulárne nožnice Skrátiť gén TKTL1 z buniek vo vzorkách tkaniva. Bez nej produkuje ľudské mozgové tkanivo menej takzvaných progenitorových buniek, z ktorých vznikajú neuróny.

Vo svojom poslednom experimente sa výskumníci rozhodli vytvoriť súbor Miniatúra ako mozog neandertálca. Začali s ľudskou embryonálnou kmeňovou bunkou a upravili gén TKTL1 tak, aby nemal ľudskú mutáciu. Namiesto toho niesol mutáciu nájdenú u našich príbuzných, vrátane neandertálcov, šimpanzov a iných cicavcov.

Potom kmeňovú bunku umiestnili do kúpeľa s chemikáliami, ktoré ju prinútili premeniť sa na masu vyvíjajúceho sa mozgového tkaniva, nazývanú mozgový organoid. Vygeneroval pôvodné mozgové bunky, ktoré potom vytvorili miniatúrnu mozgovú kôru zloženú z vrstiev neurónov.

Neandertálsky mozgový organoid vytvoril menej neurónov ako organoid s ľudskou verziou TKTL1. To naznačuje, že keď je gén TKTL1 zmutovaný, naši predkovia môžu produkovať ďalšie neuróny v prednom laloku. Aj keď táto zmena nezväčšila celkovú veľkosť nášho mozgu, mohla reorganizovať jeho zapojenie.

„Toto je naozaj silová cesta,“ povedal Laurent Nguyen, neurovedec z Univerzity v Liège v Belgicku, ktorý sa na štúdii nezúčastnil. „Je pozoruhodné, že taká malá zmena má významný vplyv na produkciu neurónov.“

Nový objav neznamená, že TKTL1 sám o sebe poskytuje tajomstvo toho, čo z nás robí ľudí. Ďalší výskumníci sa tiež pozerajú na zoznam 96 mutácií modifikujúcich proteín a vykonávajú svoje vlastné experimenty.

Oznámili to ďalší členovia laboratória Dr. Huttnera v júly Dve ďalšie mutácie menia rýchlosť delenia vyvíjajúcich sa mozgových buniek. minulý roktím vedcov z Kalifornskej univerzity v San Diegu zistil, že ďalšia mutácia zrejme mení počet spojení, ktoré medzi sebou vytvárajú ľudské neuróny.

Pre náš mozog môžu byť dôležité aj iné mutácie. Napríklad, ako sa kôra vyvíja, jednotlivé neuróny musia migrovať, aby našli svoje správne miesto. Doktor Nguyen poznamenal, že niektoré z 96 mutácií jedinečných pre ľudí sú zmenené gény, ktoré sa pravdepodobne podieľajú na migrácii buniek. Predpokladá, že naše mutácie môžu spôsobiť, že sa naše neuróny budú pohybovať inak ako neuróny v mozgu neandertálcov.

„Nemyslím si, že je to koniec príbehu,“ povedal. „Myslím si, že je potrebné viac práce, aby sme pochopili, čo z nás robí ľudí z hľadiska vývoja mozgu.“