Apa yang membuat manusia modern unik? Perbandingan dengan kerabat terdekat kita, Neandertal, karenanya memberikan wawasan yang menarik. Salah satu penjelasan utama evolusi kognisi manusia diperkirakan adalah peningkatan ukuran otak dan produksi neuron sepanjang perkembangan otak.
Otak Neanderthal memiliki ukuran yang mirip dengan manusia modern tetapi berbeda dalam bentuk. Apa yang tidak dapat kita ketahui dari fosil adalah bagaimana otak Neanderthal mungkin berbeda dalam fungsi atau organisasi lapisan otak, seperti neokorteks.
Ilmuwan dari Max Planck Institute Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) di Dresden kini telah menganalisis pengaruh perubahan asam amino tunggal pada protein transketolase-like 1 (TKTL1) pada produksi glia radial basal, pekerja keras yang menghasilkan banyak neokorteks. . Mereka menemukan bahwa varian protein TKTL1 manusia modern, yang hanya berbeda satu asam amino dari varian Neandertal, meningkatkan satu jenis sel progenitor otak, yang disebut basal radial glia, di zaman modern. otak manusia.
Sebagian besar neuron di neokorteks yang sedang tumbuh, area otak yang penting untuk banyak fungsi kognitif, diproduksi oleh sel glial radial basal. Para ilmuwan menyimpulkan bahwa substitusi asam amino spesifik manusia tunggal di TKTL1 mendasari produksi neuron yang lebih tinggi di lobus frontal berkembang dari neokorteks pada manusia modern daripada di Neandertal karena aktivitas TKTL1 sangat tinggi di lobus frontal otak manusia janin.
Studi terbaru dari kelompok penelitian Wieland Huttner, salah satu direktur pendiri Institut Max Planck Biologi Sel Molekuler dan Genetika (MPI-CBG) di Dresden, dilakukan bekerja sama dengan Svante Pääbo, direktur di Institut Max Planck untuk Antropologi Evolusioner di Leipzig, dan Pauline Wimberger dari Rumah Sakit Universitas Dresden dan rekan-rekan mereka.
Para ilmuwan terutama berfokus pada: protein transketolase-like 1 (TKTL1). Pada manusia modern, TKTL1 mengandung arginin pada posisi urutan yang dimaksud, sedangkan TKTL1 Neandertal mengandung asam amino lisin terkait. Dalam neokorteks janin manusia, TKTL1 ditemukan dalam sel progenitor neokorteks, sel-sel dari mana semua neuron kortikal berasal. Khususnya, tingkat TKTL1 tertinggi di sel-sel progenitor lobus frontal.
Para ilmuwan mengeksplorasi pentingnya perubahan asam amino yang satu ini untuk perkembangan neokorteks. Mereka memperkenalkan varian TKTL1 manusia modern atau Neandertal ke dalam neokorteks embrio tikus.
Mereka mengamati bahwa sel glial radial basal, jenis nenek moyang neokorteks yang dianggap sebagai kekuatan pendorong untuk otak yang lebih besar, meningkat dengan varian TKTL1 manusia modern tetapi tidak dengan varian Neandertal. Akibatnya, otak embrio tikus dengan TKTL1 manusia modern mengandung lebih banyak neuron.
Para peneliti selanjutnya melihat seberapa signifikan efek ini untuk pertumbuhan otak manusia. Untuk mencapai ini, mereka menggunakan organoid otak manusia—struktur mirip organ mini yang dapat ditumbuhkan dari sel punca manusia dalam cawan kultur sel di laboratorium dan yang meniru aspek perkembangan otak manusia purba—untuk menukar arginin dalam TKTL1 manusia modern dengan karakteristik lisin Neandertal TKTL1.
Anneline Pinson berkata, “Kami menemukan bahwa dengan asam amino tipe Neandertal di TKTL1, lebih sedikit sel glial radial basal yang diproduksi dibandingkan dengan tipe manusia modern dan, sebagai akibatnya, juga lebih sedikit neuron. Ini menunjukkan kepada kita bahwa meskipun kita tidak tahu berapa banyak neuron yang dimiliki otak Neandertal, kita dapat berasumsi bahwa manusia modern memiliki lebih banyak neuron di lobus frontal otak, di mana aktivitas TKTL1 lebih tinggi daripada Neandertal.”
Para ilmuwan juga menemukan bahwa TKTL1 manusia modern bertindak melalui perubahan metabolisme, khususnya merangsang jalur pentosa fosfat diikuti dengan peningkatan sintesis asam lemak. Dengan cara ini, TKTL1 manusia modern diperkirakan meningkatkan sintesis lipid membran spesifik yang diperlukan untuk menghasilkan proses panjang sel glial radial basal yang merangsang proliferasi mereka dan, oleh karena itu, meningkatkan produksi neuron.
Wieland Huttner, yang mengawasi penelitian tersebut, mengatakan, “Studi ini menyiratkan bahwa produksi neuron di neokorteks selama perkembangan janin lebih besar pada manusia modern daripada di Neandertal, khususnya di lobus frontal. Sangat menggoda untuk berspekulasi bahwa ini mempromosikan kemampuan kognitif manusia modern yang terkait dengan lobus frontal.”
Referensi Jurnal:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, dkk. TKTL1 manusia menyiratkan neurogenesis yang lebih besar di neokorteks frontal manusia modern daripada Neandertal”, Ilmu. 09. September 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
