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,从而产生复杂的语言、诗歌和火箭科学的呢?现代人类的大脑在哪些方面不同于我们最近的进化亲戚,比如尼安德特人Denisovans.

通过重新引入灭绝物种的古老基因人类“迷你脑”科学家们已经开始发现新的线索。

我们对人类演变的大多数是古代化石和骨骼的研究。我们知道Neanderthals和DeNisovans分歧来自人类大约500,000-600,000年前,最后的尼安德特人直到大约4万年前从欧洲消失。

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以前认为。

从研究的大小和形状僵化的头骨我们还知道,古人类的大脑和现代人类的头骨大小差不多,如果不是更大的话,而且形状也不一样。然而,尽管这些变化可能与不同的认知能力和功能相关,但化石不能单独解释形状如何影响功能。幸运的是,最近的技术进步提供了一条新的途径来理解我们与我们已经灭绝的亲戚之间的区别。

Homo Sapiens与尼安德特人。资料来源:维基百科cc by-sa

古代DNA的测序使科学家与现代人类的尼安德特人和丹尼斯人的基因进行比较。这有帮助识别差异和相似之处,揭示了我们与尼安德特人和丹尼索瓦人的大部分DNA是相同的。

仍然,在特定地区,存在由现代人类携带的基因变体。这些人体特异性DNA地区可能对从我们灭绝的亲属分开我们物种的特征负责。通过了解这些基因如何工作,我们可以了解现代人类独有的特征。

比较古代和现代DNA序列的研究已经有精确定位基因的差异对于函数,行为和开发来说很重要大脑的某些特定基因与细胞分裂和突触(在细胞间传递神经电脉冲)有关。这表明人类大脑的成熟比尼安德特人的要慢。

具体来说,就是发展orbitofrontal cortex.自与尼安德特人分离以来,婴儿的大脑可能发生了显著但微妙的变化,这被认为与决策等高阶认知有关。人类达到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长。

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。一个由Alysson Muotri在加利福尼亚大学圣地亚哥,最近发表了一项研究科学这让我们对这个问题有了一些了解。

它们通过生长迷你大脑来做到这一点 - 以科学为单位的“有机体”,从皮肤衍生的干细胞。由于缺乏血液供应,脑器有机体在我们是 - 它们的方式并没有意识到 - 它们非常简单,并且不会达到大约五六毫米的尺寸。但他们可以发出脑波,并延长相对复杂的神经网络,反应光明。

研究小组将一种与大脑发育有关的已经灭绝的基因插入到类器官中诺贝尔奖获奖CRISPR-CAS9.通常被称为“基因剪刀”的技术可以精确地编辑和操纵基因。

人脑器有机体的形象。
人脑器有机体。图像信用:nih / flickr.

我们知道,旧版本的基因存在于Neanderthals和DeNisovans中,而突变后来将基因改变为现代人类携带的当前版本。

工程有机体显示出几个差异。它们扩展比人体有机体更慢,并改变了神经元之间的联系的形成。与光滑和球形的现代人有机体相比,它们也较小并具有粗糙的复杂表面。

一个驱动突变?

该研究确定了现代和古代人类之间存在的61个基因。这些基因之一是NOVA1,这对在早期脑发育期间调节其他基因的活动具有重要作用。它还在形成突触中发挥作用。

NOVA1活性的改变曾被发现会导致神经系统疾病,如小头症(导致头小)、癫痫、严重的发育迟缓和一种称为“小头症”的遗传疾病家庭失效,表明它对人类正常的大脑功能很重要。现代人类携带的版本只改变了代码中的一个字母。这种变化导致该基因的产物NOVA1蛋白具有不同的成分,可能还有不同的活性。

在分析有机体时,科学家发现,古代Nova1基因改变了277个其他基因的活动 - 其中许多参与脑细胞之间的突触和连接。结果,迷你大脑与现代人的那些具有不同的细胞网络。

这意味着Nova1中的突变导致了我们的大脑的基本变化。可能在现代人类中引发新的大脑功能水平的单一字母的变化。我们不知道的是究竟发生了这种情况。

该团队表示,他们将跟进他们的迷人发现通过更详细地研究其他60个基因,看看改变每个人或多个组合时会发生什么。

毫无疑问,有机体对这些古代大脑的有机体有重要洞察。但我们只是在开始。操作单个基因不会捕获真正的尼安德特人和丹尼曼遗传学。但它仍然可以帮助科学家了解一些人的特定基因如何工作。谈话

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