他从埃及木乃伊中分离出DNA。他通过对一小块骨头碎片进行DNA测序,发现了丹尼索瓦人,一个已经灭绝的古代人类物种。他领导了一项大规模的研究,重建了尼安德特人的基因组,并发现他们的基因仍然潜伏在今天的我们当中。

现在,瑞典遗传学家斯万特(Svante) Pääbo博士准备再一次颠覆古生物学——这一次是通过在培养皿中培育“尼安德特化”的人类干细胞,将其培育成微小的脑类器官。

该计划并不是在增值税中复活完整的Neanderthal大脑 - 相反,它可以使用基因编辑给予人类干细胞的几种基因变体在尼安德特人中发现。然后将这些编辑的干细胞涂成扁豆尺寸的脑胀气,其模仿胎儿脑发育,与自己的血管,神经网络和运作突触一起完成。

通过比较尼安德特人化的微型大脑与人类大脑的生长情况,Pääbo希望能够梳理出使我们在认知方面如此特殊的基因因素。

“像其他哺乳动物一样,尼安德特人是合理的。他们没有在没有看到另一边的情况下进入海洋。”Paabo来守护者。“对我来说,人类历史上最大的问题是,我们为什么会变得这么疯狂?”

DNA革命

古生物学家长期以来一直想知道进化如何制作壮观的大脑。通过将我们的遗传学与我们的亲密猿表兄弟的比较,遗传学家煞费苦心地嘲笑少量批判性不同的基因。例如,对Foxp2的轻微突变似乎利于我们形成复杂音素和单词的能力。有些人甚至认为Foxp2是一个关键的生物受益者,使我们丰富多彩的语言能够。

不幸的是,比较基因组只能定位在人类和猿之间不同的基因 - 如何形状的脑部发育的基因仍然相对神秘。

“我们过去仅限于观察序列数据,并对与其他灵长类动物的差异进行分类,”哀叹神经源主义者Simon Fisher博士,他将Max PlanckScalcks精神语言学研究所指导在荷兰尼济梅。“随着传统工具,我们一直有点沮丧。”

现在,由于越来越复杂的DNA技术,那可以改变。

大约30年前,Pääbo开始认真考虑一个激进的想法:可以从死亡组织中提取DNA吗?尽管与蛋白质等其他生物分子相比,DNA相对稳定,但它在死亡后开始迅速衰变。著名的双螺旋结构,被自然精心缠绕成紧凑的结构,随着时间的推移分解成越来越短的碎片。把这些小道消息拼凑起来是一项极其复杂的任务,但在1985年,用的是一个2400岁高龄的木乃伊, Pääbo令人信服地证明了这是可以做到的。

发现吹过古生物学领域的开放。科学家不再被困住,比较来自现代,与现代的生活物种的DNA;相反,他们现在有一个强大的工具可以回到时间,并检查失去历史的DNA。

在最初成功的鼓舞下,Pääbo转向尼安德特人,一个已经灭绝了3万多年的神秘人类分支。2016年,他揭幕第一个完整的尼安德特人基因组,震惊了研究人员和公众的一个有趣的结果:大约1%到6%的尼安德特人的基因与来自欧洲、中东和远东地区的人的基因重叠。换句话说,在古代历史的某个时刻,我们的祖先曾和他们的尼安德特表亲跳过水平探戈,而我们就是这些约会的证据。

“Neanderthals今天为人们贡献了DNA。这很酷。尼安德特人并没有完全灭绝,“他咕噜咕噜当时。

Pääbo的发现自然地导致了更广泛的问题:Neanderthals对我们的关系究竟是什么?与现代人类一样,沉重的眉毛,洞穴住宅绘制的艺术品,制作头饰,并在现代人类踏上欧洲的脚之前装饰着它们的颜色。然而,他们灭绝了,而人类增殖成数十亿并遍布整个地球。

通过比较我们的基因组,Pääbo的群体已经鉴定了含有DNA变异的少数区域 - 可能有助于人类适应的变化。其中包括在认知发展中发挥作用的基因组区域。

虽然我们截然不同的命运可能不完全是由于认知的差异,Pääbo相信这是一个很好的开始。多亏了大脑中的类器官,他或许有办法验证这一想法。

脑子斑

脑类器官有很多名字:大脑球体、微型大脑或脑类器官。2013年首次炮制,这些怪异的脑团看起来就像直接从80年代的恐怖片。但由于它们的生长与人类胎儿大脑的发育相似,这些小扁豆大小的斑点迅速成为神经科学的宠儿。

烹饪大脑类器官的方法有很多,但通常它们是以人类干细胞开始生命的。在仔细的监督下,细胞在化学汤的帮助下慢慢发育成畸形的脑组织块。与人类的大脑相似,这些小块发育出独特的结构和区域。例如,大多数斑点包含一种类似于大脑皮层的结构。大脑皮层是大脑的最外层褶皱,负责协调高级认知功能,如注意力、语言和思维。

给予足够的时间,Blob内的神经元自发地用电活动发出电动活动并连接到神经网络中,与整个有机体一样达到一些连接。在他们难道思想或感受的意义上,脑斑不是“迷你大脑”。但仔细分析它们的细胞居民和基因表达揭示了各种功能性神经元类型,以类似于a的方式串联中期妊娠胎儿的大脑。

换句话说:大脑球是研究大脑发育的最佳选择。从一开始,脑斑点就被用来模拟自闭症、精神分裂症和检测寨卡病毒的影响在胎儿脑。

现在,感谢Pääbo,他们即将进入古生物学。

Neanderthal Resurgence.

为了重新承载整个尼安德妥肠基因组,科学家将不得不调整超过一百万个基因。这种雄心勃勃的目标目前是不可能的,即使具有像CRISPR这样的精致基因组编辑工具。

而不是Brute-Force编辑全部对于尼安德特人的干细胞变异,Pääbo采取了一种更微妙的方法:只引入人类和尼安德特人之间显著不同的三个关键基因,然后追踪这些基因对大脑发育的影响。

这是一种行之有效的方法。

几年前,与Max Planck分子细胞生物学和遗传学研究所的发展神经科学家Wieland Huttner博士合作增加大脑瀑样使用人类和其他猿的白细胞。大部分时间开发的脑胀气,允许足够的时间比较和对比他们的细胞在物种之间不同的方式变化或钩住。例如,使用现场显微镜,团队令人惊讶地发现,除猿细胞之前,人体细胞比猿细胞的比较长50%,以便在分成女儿细胞之前排列它们的染色体。不知何故,这种延长似乎帮助人类产生了比我们最接近的猿表兄弟更多的神经干细胞。

Pääbo希望在尼安德特人的大脑斑点中找到如此明显的差异,从而解释为什么现代人类作为一个物种胜出。

他说:“一个理想的结果是[基因]改变会使神经元的分支生长更长或更多。”“有人会说,这可能是我们大脑功能不同的生物学基础。”

即使这些基因不是答案,Pääbo和古生物学世界也会在手中有一个令人难以置信的强大的新范式。

毕竟,像他一样曾经有人说“这只是人类独特性探索的开始现在是可能的。”

图像信用:life_in_a_pixel/Shutterstock.com

Shelly Xuelai Fan是一个神经科学家转向科学作家。她在不列颠哥伦比亚省大学的神经科学中完成了博士学位,在那里她开发了新的神经变性治疗方法。在研究生物脑的同时,她对AI和所有东西都很着迷。毕业后,她搬到了UCSF,研究了恢复老年大脑的基于血液的因素。她是 ...

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