מה מייחד את בני האדם המודרניים? השוואות עם קרובי משפחתנו הקרובים ביותר, הניאנדרטלים, נותנות מכאן תובנות מרתקות. אחד ההסברים העיקריים לאבולוציה של הקוגניציה האנושית נחשב לגידול בגודל המוח ובייצור הנוירונים לאורך התפתחות המוח.
מוחות ניאנדרטלים היו דומים בגודלם לבני אדם מודרניים אך היו שונים בצורתם. מה שאיננו יכולים לדעת ממאובנים הוא כיצד מוחות ניאנדרטלים עשויים היו שונים בתפקוד או בארגון של שכבות המוח, כמו הניאוקורטקס.
מדענים מ מקס פלנק המכון של ביולוגיה מולקולרית וגנטיקה של תאים (MPI-CBG) בדרזדן ניתחו כעת את ההשפעה של שינוי חומצת אמינו בודדת בחלבון ה-transketolase-like 1 (TKTL1) על ייצור גליה רדיאלית בסיסית, סוסי העבודה שיוצרים חלק גדול מהניאוקורטקס. . הם מצאו שהגרסה האנושית המודרנית של החלבון TKTL1, השונה רק בחומצת אמינו בודדת מהגרסה הניאנדרטלית, מגדילה סוג אחד של תאי אבות מוח, הנקראים גליה רדיאלית בסיסית, במבנה המודרני. מוח אנושי.
עיקר הנוירונים בניאוקורטקס הגדל, אזור במוח החיוני לתפקודים קוגניטיביים רבים, מיוצרים על ידי תאי גליה רדיאליים בסיסיים. מדענים מסיקים כי החלפת חומצת אמינו יחידה ספציפית לאדם ב-TKTL1 עומדת בבסיס ייצור נוירון גבוה יותר באונה הקדמית המתפתחת של הניאוקורטקס בבני אדם מודרניים מאשר בבני האנדרטל, מכיוון שפעילות TKTL1 גבוהה במיוחד באונה הקדמית של המוח האנושי העובר.
המחקר האחרון של קבוצת המחקר של וילנד האטנר, אחד המנהלים המייסדים של מכון מקס פלנק לביולוגיה וגנטיקה מולקולרית של תאים (MPI-CBG) בדרזדן, בוצע בשיתוף פעולה עם סוונטה פאבו, מנהלת מכון מקס פלנק. לאנתרופולוגיה אבולוציונית בלייפציג, ופאולין ווימברגר מבית החולים האוניברסיטאי דרזדן ועמיתיהם.
מדענים התמקדו בעיקר ב: החלבון דמוי טרנסקטולאז 1 (TKTL1). בבני אדם מודרניים, TKTL1 מכיל ארגינין במיקום הרצף המדובר, ואילו Neandertal TKTL1 מכיל את חומצת האמינו הקשורה ליזין. בניאוקורטקס האנושי העובר, TKTL1 נמצא בתאי אבות ניאוקורטיקליים, התאים מהם נובעים כל הנוירונים בקליפת המוח. יש לציין שרמת TKTL1 היא הגבוהה ביותר בתאי האב של האונה הקדמית.
מדענים חקרו את המשמעות של שינוי חומצת אמינו אחת זה להתפתחות ניאוקורטקס. הם הציגו את הגרסה האנושית המודרנית או הניאנדרטלית של TKTL1 לתוך הניאוקורטקס של עוברי עכברים.
הם הבחינו שתאי גליה רדיאליים בסיסיים, סוג של אבות ניאוקורטיקליים הנחשבים ככוח המניע למוח גדול יותר, גדלו עם הגרסה האנושית המודרנית של TKTL1 אך לא עם הגרסה הניאנדרטלית. כתוצאה מכך, המוח של עוברי עכברים עם האדם המודרני TKTL1 הכיל יותר נוירונים.
לאחר מכן בדקו החוקרים עד כמה ההשפעות הללו משמעותיות עבור ה- צמיחה של המוח האנושי. כדי להשיג זאת, הם השתמשו אורגנואידים במוח האנושי- מבנים דמויי איברים מיניאטוריים שניתן לגדל מתאי גזע אנושיים בכלי תרבית תאים במעבדה ושמחקים היבטים של התפתחות מוח אנושי מוקדם - כדי להחליף את הארגינין ב-TKTL1 האנושי המודרני בליזין האופייני ל-Neandertal TKTL1.
אנלין פינסון אמרה, "מצאנו שעם חומצת אמינו מהסוג הניאנדרטלי ב-TKTL1, נוצרו פחות תאי גליה רדיאליים בסיסיים מאשר עם סוג האדם המודרני, וכתוצאה מכך, גם פחות נוירונים. זה מראה לנו שלמרות שאיננו יודעים כמה נוירונים היו למוח הניאנדרטלי, אנו יכולים להניח שלבני אדם מודרניים יש יותר נוירונים באונה הקדמית של המוח, שם פעילות TKTL1 היא הגבוהה ביותר מהניאנדרטלים."
מדענים מצאו גם ש-TKTL1 אנושי מודרני פועל באמצעות שינויים בחילוף החומרים, תוך גירוי ספציפי של מסלול הפנטוז הפוספט ואחריו סינתזה מוגברת של חומצות שומן. בדרך זו, נהוג לחשוב ש-TKTL1 אנושי מודרני מגביר את הסינתזה של שומני ממברנה ספציפיים הדרושים ליצירת התהליך הארוך של תאי גליה רדיאליים בסיסיים שממריץ את התפשטותם, ולכן מגביר את ייצור הנוירונים.
וילנד האטנר, שפיקח על המחקר, אמר, "מחקר זה מרמז שייצור של נוירונים בניאוקורטקס במהלך התפתחות העובר גדול יותר בבני אדם מודרניים מאשר אצל הניאנדרטלים, במיוחד באונה הקדמית. מפתה לשער שזה קידם יכולות קוגניטיביות אנושיות מודרניות הקשורות לאונה המצחית".
עיון ביומן:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, ועוד. האדם TKTL1 מרמז על נוירוגנזה גדולה יותר בניאוקורטקס הקדמי של בני אדם מודרניים מאשר הניאנדרטלים", מדע. 09. ספטמבר 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
