Mis teeb tänapäeva inimese ainulaadseks? Võrdlused meie lähimate sugulaste, neandertallastega, annavad seega põnevaid teadmisi. Arvatakse, et inimese tunnetuse evolutsiooni üheks peamiseks seletuseks on aju suuruse ja neuronite tootmise suurenemine kogu aju arengu jooksul.
Neandertallaste aju oli suuruselt sarnane tänapäeva inimesega, kuid erines kuju poolest. Me ei saa fossiilide põhjal öelda, kuidas neandertallaste ajud võisid erineda funktsiooni või ajukihtide, näiteks neokorteksi, struktuuri poolest.
Teadlased Max Plancki Instituut Dresdeni molekulaarrakubioloogia ja -geneetika (MPI-CBG) uurija on nüüd analüüsinud ühe aminohappe muutuse mõju transketolaasilaadses valgus 1 (TKTL1) basaalradiaalse glia tootmisele, tööhobustele, mis toodavad suure osa neokorteksist. . Nad leidsid, et valgu TKTL1 kaasaegne inimese variant, mis erineb Neandertali variandist vaid ühe aminohappe võrra, suurendab tänapäevastes aju eellasrakkude tüüpi, mida nimetatakse basaalradiaalseks gliaks. inimese aju.
Suurem osa neuronitest kasvavas neokorteksis, mis on paljude kognitiivsete funktsioonide jaoks oluline ajupiirkond, on toodetud basaalradiaalsete gliiarakkude poolt. Teadlased järeldavad, et see üksainus inimspetsiifiline aminohappe asendus TKTL1-s on kaasaegse inimese neokorteksi areneva otsmikusagara suurema neuronitootmise aluseks kui neandertallastel, kuna TKTL1 aktiivsus on eriti kõrge inimese loote aju otsmikus.
Dresdenis asuva Max Plancki Molekulaarrakubioloogia ja -geneetika Instituudi (MPI-CBG) ühe asutajadirektori Wieland Huttneri uurimisrühma viimane uuring viidi läbi koostöös Max Plancki Instituudi direktori Svante Pääboga. Leipzigi evolutsioonilise antropoloogia jaoks ning Pauline Wimberger Dresdeni ülikoolihaiglast ja nende kolleegid.
Teadlased keskendusid peamiselt valgu transketolaasilaadsele 1-le (TKTL1). Kaasaegsetel inimestel sisaldab TKTL1 kõnealuses järjestuspositsioonis arginiini, samas kui Neandertali TKTL1 sisaldab seotud aminohapet lüsiini. Inimese loote neokorteksis leidub TKTL1 neokortikaalsetes eellasrakkudes, rakkudes, millest pärinevad kõik kortikaalsed neuronid. Nimelt on TKTL1 tase kõrgeim otsmikusagara eellasrakkudes.
Teadlased uurisid selle ühe aminohappe muutuse tähtsust neokorteksi arengus. Nad tõid hiire embrüote neokorteksisse TKTL1 tänapäevase inimese või neandertallase variandi.
Nad täheldasid, et basaalradiaalsed gliiarakud, seda tüüpi neokortikaalsed eellasrakud, mida peetakse suurema aju liikumapanevaks jõuks, suurenesid TKTL1 kaasaegse inimese variandiga, kuid mitte neandertali variandiga. Järelikult sisaldas kaasaegse inimese TKTL1-ga hiire embrüote aju rohkem neuroneid.
Järgmisena uurisid teadlased, kui olulised need mõjud olid inimese aju kasv. Selle saavutamiseks kasutasid nad inimese aju organoidid— miniatuursed elunditaolised struktuurid, mida saab laboris rakukultuurinõudes inimese tüvirakkudest kasvatada ja mis jäljendavad inimese aju varase arengu aspekte — et asendada tänapäeva inimese TKTL1 arginiin Neandertali TKTL1-le iseloomuliku lüsiini vastu.
Anneline Pinson ütles: "Leidsime, et TKTL1 neandertali tüüpi aminohappega toodeti vähem basaalradiaalseid gliiarakke kui tänapäevase inimese tüüpi ja sellest tulenevalt ka vähem neuroneid. See näitab meile, et kuigi me ei tea, kui palju neuroneid neandertallaste ajus oli, võime eeldada, et tänapäeva inimestel on rohkem neuroneid aju otsmikusagaras, kus TKTL1 aktiivsus on kõrgeim kui neandertallastel.
Teadlased leidsid ka, et tänapäeva inimese TKTL1 toimib ainevahetuse muutuste kaudu, stimuleerides spetsiifiliselt pentoosfosfaadi rada, millele järgneb suurenenud rasvhapete süntees. Sel viisil arvatakse, et kaasaegne inimese TKTL1 suurendab spetsiifiliste membraanilipiidide sünteesi, mis on vajalikud basaalradiaalsete gliiarakkude pika protsessi genereerimiseks, mis stimuleerib nende proliferatsiooni ja suurendab seetõttu neuronite tootmist.
Uuringut juhendanud Wieland Huttner ütles: "See uuring viitab sellele, et neuronite tootmine neokorteksis loote arengu ajal on tänapäeva inimestel suurem kui neandertallastel, eriti otsmikusagaras. On ahvatlev oletada, et see soodustas tänapäevase inimese otsmikusagaraga seotud kognitiivseid võimeid.
Ajakirja viide:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters jt. Inimese TKTL1 tähendab kaasaegsete inimeste eesmise neokorteksi suuremat neurogeneesi kui neandertallased. teadus. 09. september 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
