Mikä tekee nykyajan ihmisistä ainutlaatuisen? Vertailu lähimpien sukulaistemme, neandertalilaisten, kanssa antaa siten kiehtovia oivalluksia. Yksi tärkeimmistä selityksistä ihmisen kognition kehitykselle uskotaan olleen aivojen koon ja hermosolujen tuotannon kasvu koko aivojen kehityksen ajan.
Neandertalin aivot olivat kooltaan samanlaisia kuin nykyihmisen, mutta muodoltaan erosivat. Emme voi kertoa fossiileista, kuinka neandertalilaisten aivot ovat saattaneet poiketa toiminnaltaan tai aivokerrosten, kuten neokorteksin, organisaatiolta.
Tutkijat Max Planck -instituutti Dresdenin Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) on nyt analysoinut yhden aminohapon muutoksen vaikutusta transketolaasin kaltaisessa 1 (TKTL1) -proteiinissa basaalisen säteittäisen glian, työhevosten, jotka tuottavat suuren osan neokorteksista, tuotantoon. . He havaitsivat, että TKTL1-proteiinin nykyaikainen ihmisen variantti, joka eroaa vain yhdellä aminohapolla Neandertal-variantista, lisää yhden tyyppisiä aivojen esisoluja, joita kutsutaan basaalisiksi radiaaliseksi gliaksi. ihmisaivot.
Suurin osa kasvavan neokorteksin hermosoluista, joka on monille kognitiivisille toiminnoille välttämätön aivojen alue, on säteittäisten basaalisten gliasolujen tuottamia. Tutkijat päättelevät, että tämä yksittäinen ihmisspesifinen aminohapposubstituutio TKTL1:ssä on taustalla korkeamman neuronituotannon kehittyvässä neokorteksin otsalohkossa nykyihmisillä kuin neandertalilaisilla, koska TKTL1-aktiivisuus on erityisen korkea sikiön ihmisen aivojen otsalohkossa.
Wieland Huttnerin, Dresdenin Max Planckin molekyylibiologian ja genetiikan instituutin (MPI-CBG) perustajajohtajien tutkimusryhmän uusin tutkimus tehtiin yhteistyössä Max Planck -instituutin johtajan Svante Pääbon kanssa. Evolutionary Anthropologylle Leipzigissä ja Pauline Wimberger Dresdenin yliopistollisesta sairaalasta ja heidän kollegansa.
Tutkijat keskittyivät pääasiassa: proteiinin transketolaasikaltaiseen 1:een (TKTL1). Nykyajan ihmisillä TKTL1 sisältää arginiinin kyseisessä sekvenssikohdassa, kun taas Neandertalin TKTL1 sisältää vastaavan aminohapon lysiinin. Ihmisen sikiön neokorteksissa TKTL1 löytyy neokortikaalisista progenitorisoluista, soluista, joista kaikki aivokuoren neuronit ovat peräisin. Erityisesti TKTL1:n taso on korkein otsalohkon progenitorisoluissa.
Tutkijat tutkivat tämän yhden aminohapon muutoksen merkitystä neokorteksin kehitykselle. He toivat joko modernin ihmisen tai TKTL1:n neandertal-muunnelman hiiren alkioiden neokortekstiin.
He havaitsivat, että basaaliset säteittäiset gliasolut, tyyppi neokortikaaliset progenitorit, joiden uskottiin olevan suurempien aivojen liikkeellepaneva voima, lisääntyivät modernin ihmisen TKTL1-variantin myötä, mutta eivät neandertalilaisen variantin kanssa. Tämän seurauksena hiirien alkioiden aivot, joilla oli nykyaikainen ihmisen TKTL1, sisälsivät enemmän hermosoluja.
Seuraavaksi tutkijat tarkastelivat, kuinka merkittäviä nämä vaikutukset olivat ihmisen aivojen kasvua. Tämän saavuttamiseksi he käyttivät ihmisen aivojen organoidit-pieniä elimen kaltaisia rakenteita, joita voidaan kasvattaa ihmisen kantasoluista soluviljelyastioissa laboratoriossa ja jotka jäljittelevät ihmisen varhaisen aivojen kehityksen näkökohtia - korvatakseen nykyajan ihmisen TKTL1:n arginiinin Neandertalin TKTL1:lle ominaisella lysiinillä.
Anneline Pinson sanoi: "Havaitsimme, että TKTL1:n neandertal-tyyppisellä aminohapolla tuotettiin vähemmän basaalisia säteittäisiä gliasoluja kuin nykyaikaisella ihmistyypillä ja sen seurauksena myös vähemmän hermosoluja. Tämä osoittaa meille, että vaikka emme tiedä kuinka monta hermosolua neandertalin aivoissa oli, voimme olettaa, että nykyihmisellä on enemmän hermosoluja aivojen otsalohkossa, jossa TKTL1-aktiivisuus on korkein kuin neandertalin.
Tutkijat havaitsivat myös, että nykyajan ihmisen TKTL1 toimii aineenvaihdunnan muutosten kautta, erityisesti stimuloiden pentoosifosfaattireittiä, jota seuraa lisääntynyt rasvahapposynteesi. Tällä tavalla nykyajan ihmisen TKTL1:n uskotaan lisäävän spesifisten kalvolipidien synteesiä, joita tarvitaan synnyttämään pitkä säteittäisten perusgliasolujen prosessi, mikä stimuloi niiden proliferaatiota ja lisää siten hermosolujen tuotantoa.
Tutkimusta ohjannut Wieland Huttner sanoi, "Tämä tutkimus viittaa siihen, että hermosolujen tuotanto neokorteksissa sikiön kehityksen aikana on nyky-ihmisillä enemmän kuin neandertalilaisilla, erityisesti otsalohkossa. On houkuttelevaa spekuloida, että tämä edisti nykyajan ihmisen kognitiivisia kykyjä, jotka liittyvät otsalohkoon."
Lehden viite:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et ai. Ihmisen TKTL1 merkitsee suurempaa neurogeneesiä nykyihmisen frontaalisessa neokorteksissa kuin neandertalin. tiede. 09. syyskuuta 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
