Τι κάνει τους σύγχρονους ανθρώπους μοναδικούς; Οι συγκρίσεις με τους στενότερους συγγενείς μας, τους Νεάντερταλ, δίνουν επομένως συναρπαστικές πληροφορίες. Μία από τις κύριες εξηγήσεις για την εξέλιξη της ανθρώπινης γνώσης πιστεύεται ότι ήταν η αύξηση του μεγέθους του εγκεφάλου και της παραγωγής νευρώνων σε όλη την ανάπτυξη του εγκεφάλου.
Οι εγκέφαλοι του Νεάντερταλ ήταν παρόμοιοι σε μέγεθος με τους σύγχρονους ανθρώπους αλλά διέφεραν ως προς το σχήμα. Αυτό που δεν μπορούμε να πούμε από τα απολιθώματα είναι πώς οι εγκέφαλοι του Νεάντερταλ μπορεί να διέφεραν ως προς τη λειτουργία ή την οργάνωση των στρωμάτων του εγκεφάλου, όπως ο νεοφλοιός.
Επιστήμονες από το Ινστιτούτο Max Planck της Μοριακής Κυτταρικής Βιολογίας και Γενετικής (MPI-CBG) στη Δρέσδη έχουν τώρα αναλύσει την επίδραση μιας μόνο αλλαγής αμινοξέος στην πρωτεΐνη που μοιάζει με τρανσκετολάση 1 (TKTL1) στην παραγωγή βασικής ακτινωτής γλοίας, των εργαζομένων που δημιουργούν μεγάλο μέρος του νεοφλοιού . Διαπίστωσαν ότι η σύγχρονη ανθρώπινη παραλλαγή της πρωτεΐνης TKTL1, η οποία διαφέρει μόνο κατά ένα αμινοξύ από την παραλλαγή του Νεάντερταλ, αυξάνει έναν τύπο προγονικών κυττάρων του εγκεφάλου, που ονομάζεται βασική ακτινική γλοία, στη σύγχρονη ανθρώπινος εγκέφαλος.
Ο κύριος όγκος των νευρώνων στον αναπτυσσόμενο νεοφλοιό, μια περιοχή του εγκεφάλου που είναι απαραίτητη για πολλές γνωστικές λειτουργίες, παράγονται από βασικά ακτινογλοιακά κύτταρα. Οι επιστήμονες καταλήγουν στο συμπέρασμα ότι αυτή η μοναδική για τον άνθρωπο αντικατάσταση αμινοξέος στο TKTL1 αποτελεί τη βάση μιας υψηλότερης παραγωγής νευρώνων στον αναπτυσσόμενο μετωπιαίο λοβό του νεοφλοιού στους σύγχρονους ανθρώπους από ότι στους Νεάντερταλ, επειδή η δραστηριότητα του TKTL1 είναι ιδιαίτερα υψηλή στον μετωπιαίο λοβό του εμβρυϊκού ανθρώπινου εγκεφάλου.
Η τελευταία μελέτη της ερευνητικής ομάδας του Wieland Huttner, ενός από τους ιδρυτικούς διευθυντές του Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) στη Δρέσδη, πραγματοποιήθηκε σε συνεργασία με τον Svante Pääbo, διευθυντή του Ινστιτούτου Max Planck. για την Εξελικτική Ανθρωπολογία στη Λειψία, και η Pauline Wimberger του Πανεπιστημιακού Νοσοκομείου της Δρέσδης και οι συνάδελφοί τους.
Οι επιστήμονες επικεντρώθηκαν κυρίως σε: την πρωτεΐνη που μοιάζει με τρανσκετολάση 1 (TKTL1). Στους σύγχρονους ανθρώπους, το TKTL1 περιέχει μια αργινίνη στην εν λόγω θέση αλληλουχίας, ενώ το Neandertal TKTL1 περιέχει το σχετικό αμινοξύ λυσίνη. Στον ανθρώπινο νεοφλοιό του εμβρύου, το TKTL1 βρίσκεται σε νεοφλοιώδη προγονικά κύτταρα, τα κύτταρα από τα οποία προέρχονται όλοι οι νευρώνες του φλοιού. Συγκεκριμένα, το επίπεδο του TKTL1 είναι υψηλότερο στα προγονικά κύτταρα του μετωπιαίου λοβού.
Οι επιστήμονες διερεύνησαν τη σημασία αυτής της αλλαγής ενός αμινοξέος για την ανάπτυξη του νεοφλοιού. Εισήγαγαν είτε τον σύγχρονο άνθρωπο είτε την παραλλαγή του Νεάντερταλ του TKTL1 στον νεοφλοιό των εμβρύων ποντικών.
Παρατήρησαν ότι τα βασικά ακτινογλοιακά κύτταρα, ο τύπος των νεοφλοιωδών προγόνων που πιστεύεται ότι είναι η κινητήρια δύναμη για έναν μεγαλύτερο εγκέφαλο, αυξήθηκαν με τη σύγχρονη ανθρώπινη παραλλαγή του TKTL1 αλλά όχι με την παραλλαγή του Νεάντερταλ. Κατά συνέπεια, οι εγκέφαλοι εμβρύων ποντικών με το σύγχρονο ανθρώπινο TKTL1 περιείχαν περισσότερους νευρώνες.
Στη συνέχεια, οι ερευνητές εξέτασαν πόσο σημαντικές ήταν αυτές οι επιπτώσεις για τους ανάπτυξη του ανθρώπινου εγκεφάλου. Για να το πετύχουν αυτό χρησιμοποίησαν οργανοειδή ανθρώπινου εγκεφάλου—μικροσκοπικές δομές που μοιάζουν με όργανα που μπορούν να αναπτυχθούν από ανθρώπινα βλαστοκύτταρα σε πιάτα κυτταροκαλλιέργειας στο εργαστήριο και που μιμούνται πτυχές της πρώιμης ανάπτυξης του ανθρώπινου εγκεφάλου—για να αντικατασταθεί η αργινίνη στο σύγχρονο ανθρώπινο TKTL1 με τη λυσίνη που είναι χαρακτηριστικό του TKTL1 του Νεάντερταλ.
Η Anneline Pinson είπε, «Διαπιστώσαμε ότι με το αμινοξύ τύπου Νεάντερταλ στο TKTL1, παρήχθησαν λιγότερα βασικά ακτινωτά νευρογλοιακά κύτταρα από ό,τι με το σύγχρονο ανθρώπινου τύπου και, κατά συνέπεια, επίσης λιγότεροι νευρώνες. Αυτό μας δείχνει ότι παρόλο που δεν γνωρίζουμε πόσους νευρώνες είχε ο εγκέφαλος του Νεάντερταλ, μπορούμε να υποθέσουμε ότι οι σύγχρονοι άνθρωποι έχουν περισσότερους νευρώνες στον μετωπιαίο λοβό του εγκεφάλου, όπου η δραστηριότητα TKTL1 είναι υψηλότερη από τους Νεάντερταλ».
Οι επιστήμονες ανακάλυψαν επίσης ότι ο σύγχρονος ανθρώπινος TKTL1 δρα μέσω μεταβολών του μεταβολισμού, διεγείροντας συγκεκριμένα το μονοπάτι της φωσφορικής πεντόζης που ακολουθείται από αυξημένη σύνθεση λιπαρών οξέων. Με αυτόν τον τρόπο, ο σύγχρονος ανθρώπινος TKTL1 πιστεύεται ότι αυξάνει τη σύνθεση των ειδικών λιπιδίων της μεμβράνης που απαιτούνται για τη δημιουργία της μακράς διαδικασίας βασικών ακτινογλοιακών κυττάρων που διεγείρει τον πολλαπλασιασμό τους και, ως εκ τούτου, αυξάνει την παραγωγή νευρώνων.
Ο Wieland Huttner, ο οποίος επέβλεψε τη μελέτη, είπε: «Αυτή η μελέτη υποδηλώνει ότι η παραγωγή νευρώνων στο νεοφλοιό κατά την ανάπτυξη του εμβρύου είναι μεγαλύτερη στους σύγχρονους ανθρώπους από ό,τι στους Νεάντερταλ, ιδιαίτερα στον μετωπιαίο λοβό. Είναι δελεαστικό να υποθέσουμε ότι αυτό προώθησε τις σύγχρονες ανθρώπινες γνωστικές ικανότητες που σχετίζονται με τον μετωπιαίο λοβό».
Αναφορά στο περιοδικό:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et al. Το ανθρώπινο TKTL1 συνεπάγεται μεγαλύτερη νευρογένεση στον μετωπιαίο νεοφλοιό των σύγχρονων ανθρώπων από τους Νεάντερταλ». Επιστήμη. 09 Σεπτεμβρίου 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
