Hvad gør moderne mennesker unikke? Sammenligninger med vores nærmeste slægtninge, neandertalerne, giver derfor fascinerende indsigter. En af hovedforklaringerne på udviklingen af menneskelig kognition menes at have været stigningen i hjernestørrelse og neuronproduktion gennem hjernens udvikling.
Neandertaler hjerner lignede i størrelse til moderne mennesker, men adskilte sig i form. Hvad vi ikke kan fortælle fra fossiler er, hvordan Neanderthal-hjerner kunne have været forskellige i funktion eller organisering af hjernelag, såsom neocortex.
Forskere fra Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) i Dresden har nu analyseret effekten af en enkelt aminosyreændring i det transketolase-lignende 1 (TKTL1) protein på produktionen af basal radial glia, arbejdshestene, der genererer meget af neocortex . De fandt ud af, at den moderne menneskelige variant af proteinet TKTL1, som kun adskiller sig med en enkelt aminosyre fra Neandertal-varianten, øger én type hjernestamceller, kaldet basal radial glia, i den moderne menneskelige hjerne.
Hovedparten af neuronerne i den voksende neocortex, et område af hjernen, der er afgørende for mange kognitive funktioner, produceres af basale radiale gliaceller. Forskere konkluderer, at denne enkelt human-specifikke aminosyresubstitution i TKTL1 ligger til grund for en højere neuronproduktion i den udviklende frontallap af neocortex hos moderne mennesker end hos neandertalere, fordi TKTL1-aktiviteten er særlig høj i frontallappen af den føtale menneskelige hjerne.
Den seneste undersøgelse af forskergruppen af Wieland Huttner, en af grundlæggerne af Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) i Dresden, blev udført i samarbejde med Svante Pääbo, direktør ved Max Planck Institute for Evolutionær Antropologi i Leipzig, og Pauline Wimberger fra Universitetshospitalet Dresden og deres kolleger.
Forskere fokuserede hovedsageligt på: proteinet transketolase-lignende 1 (TKTL1). Hos moderne mennesker indeholder TKTL1 en arginin i den pågældende sekvensposition, hvorimod Neandertal TKTL1 indeholder den relaterede aminosyre lysin. I den føtale humane neocortex findes TKTL1 i neocorticale progenitorceller, de celler, hvorfra alle corticale neuroner stammer. Navnlig er niveauet af TKTL1 højest i progenitorcellerne i frontallappen.
Forskere undersøgte betydningen af denne ene aminosyreændring for neocortex-udviklingen. De introducerede enten det moderne menneske eller Neandertal-varianten af TKTL1 i neocortex af museembryoner.
De observerede, at basale radiale gliaceller, den type neokortikale stamceller, der menes at være drivkraften for en større hjerne, steg med den moderne menneskelige variant af TKTL1, men ikke med Neandertal-varianten. Følgelig indeholdt hjernen af museembryoner med det moderne menneskelige TKTL1 flere neuroner.
Forskerne så derefter på, hvor betydelige disse effekter var for vækst af den menneskelige hjerne. For at opnå dette brugte de menneskelige hjerneorganoider-miniature organlignende strukturer, der kan dyrkes fra menneskelige stamceller i cellekulturskåle i laboratoriet, og som efterligner aspekter af tidlig menneskelig hjerneudvikling - for at udskifte argininen i moderne menneskelig TKTL1 med lysin, der er karakteristisk for Neandertal TKTL1.
Anneline Pinson sagde, "Vi fandt ud af, at med Neandertal-typen af aminosyre i TKTL1 blev der produceret færre basale radiale gliaceller end med den moderne mennesketype og som en konsekvens også færre neuroner. Dette viser os, at selvom vi ikke ved, hvor mange neuroner neandertalerhjernen havde, så kan vi antage, at moderne mennesker har flere neuroner i hjernens frontallap, hvor TKTL1-aktiviteten er højest end neandertalere."
Forskere fandt også ud af, at moderne menneskelig TKTL1 virker gennem metabolismeændringer, hvilket specifikt stimulerer pentosephosphatvejen efterfulgt af øget fedtsyresyntese. På denne måde menes det moderne menneskelige TKTL1 at øge syntesen af specifikke membranlipider, der er nødvendige for at generere den lange proces af basale radiale gliaceller, der stimulerer deres spredning og derfor øger neuronproduktionen.
Wieland Huttner, der overvågede undersøgelsen, sagde: "Denne undersøgelse antyder, at produktionen af neuroner i neocortex under fosterudviklingen er større hos moderne mennesker, end den var hos neandertalere, især i frontallappen. Det er fristende at spekulere i, at dette fremmede moderne menneskelige kognitive evner forbundet med frontallappen."
Journal Reference:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et al. Human TKTL1 indebærer større neurogenese i frontal neocortex hos moderne mennesker end neandertalere", Videnskab. 09. september 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
