Co sprawia, że współczesny człowiek jest wyjątkowy? Porównania z naszymi najbliższymi krewnymi, neandertalczykami, dają zatem fascynujące spostrzeżenia. Uważa się, że jednym z głównych wyjaśnień ewolucji ludzkiego poznania był wzrost wielkości mózgu i produkcji neuronów w trakcie rozwoju mózgu.
Mózgi neandertalczyków były podobnej wielkości do współczesnych ludzi, ale różniły się kształtem. To, czego nie możemy powiedzieć na podstawie skamielin, to jak mózgi neandertalczyków mogły różnić się funkcją lub organizacją warstw mózgu, takich jak kora nowa.
Naukowcy z Instytut Maxa Plancka z Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) w Dreźnie przeanalizowali teraz wpływ zmiany pojedynczego aminokwasu w białku transketolazopodobnym 1 (TKTL1) na produkcję podstawowego gleju promieniowego, który jest koniem roboczym, który generuje znaczną część kory nowej. . Odkryli, że współczesny ludzki wariant białka TKTL1, który różni się tylko jednym aminokwasem od wariantu neandertalskiego, zwiększa we współczesnym mózgu jeden typ komórek progenitorowych mózgu, zwany glejem podstawowym ludzki mózg.
Większość neuronów w rosnącej korze nowej, obszarze mózgu niezbędnym dla wielu funkcji poznawczych, jest wytwarzana przez podstawne promieniste komórki glejowe. Naukowcy doszli do wniosku, że ta pojedyncza, swoista dla człowieka substytucja aminokwasowa w TKTL1 leży u podstaw większej produkcji neuronów w rozwijającym się płacie czołowym kory nowej u współczesnych ludzi niż u neandertalczyków, ponieważ aktywność TKTL1 jest szczególnie wysoka w płacie czołowym ludzkiego mózgu płodu.
Najnowsze badanie grupy badawczej Wielanda Huttnera, jednego z dyrektorów założycieli Instytutu Biologii Molekularnej i Genetyki Komórkowej im. Maxa Plancka (MPI-CBG) w Dreźnie, zostało przeprowadzone we współpracy z Svante Pääbo, dyrektorem Instytutu Maxa Plancka antropologii ewolucyjnej w Lipsku oraz Pauline Wimberger ze Szpitala Uniwersyteckiego w Dreźnie i ich współpracowników.
Naukowcy skupili się głównie na: białku podobnym do transketolazy 1 (TKTL1). U współczesnych ludzi TKTL1 zawiera argininę w omawianej pozycji sekwencji, podczas gdy neandertalski TKTL1 zawiera pokrewny aminokwas lizynę. W ludzkiej korze nowej płodu TKTL1 znajduje się w komórkach progenitorowych kory nowej, czyli komórkach, z których pochodzą wszystkie neurony korowe. Warto zauważyć, że poziom TKTL1 jest najwyższy w komórkach progenitorowych płata czołowego.
Naukowcy zbadali znaczenie tej zmiany jednego aminokwasu dla rozwoju kory nowej. Wprowadzili współczesny ludzki lub neandertalski wariant TKTL1 do kory nowej zarodków myszy.
Zaobserwowali, że podstawne radialne komórki glejowe, rodzaj progenitorów kory nowej, uważanych za siłę napędową większego mózgu, wzrosły wraz ze współczesnym ludzkim wariantem TKTL1, ale nie z wariantem neandertalskim. W konsekwencji mózgi zarodków myszy z nowoczesnym ludzkim TKTL1 zawierały więcej neuronów.
Następnie naukowcy przyjrzeli się, jak znaczące były te efekty dla wzrost ludzkiego mózgu. Aby to osiągnąć, wykorzystali organoidy ludzkiego mózgu— miniaturowe struktury przypominające narządy, które można wyhodować z ludzkich komórek macierzystych na szalkach do hodowli komórkowych w laboratorium i które naśladują aspekty wczesnego rozwoju ludzkiego mózgu — w celu zamiany argininy we współczesnym ludzkim TKTL1 na lizynę charakterystyczną dla neandertalskiego TKTL1.
Anneline Pinson powiedziała: „Odkryliśmy, że w przypadku aminokwasu typu neandertalskiego w TKTL1 wyprodukowano mniej podstawowych komórek gleju promieniowego niż w przypadku współczesnego typu ludzkiego, a w konsekwencji również mniej neuronów. To pokazuje nam, że chociaż nie wiemy, ile neuronów miał mózg neandertalczyka, możemy założyć, że współcześni ludzie mają więcej neuronów w płacie czołowym mózgu, gdzie aktywność TKTL1 jest najwyższa niż u neandertalczyków”.
Naukowcy odkryli również, że współczesny ludzki TKTL1 działa poprzez zmiany metabolizmu, w szczególności stymulując szlak pentozofosforanowy, po którym następuje zwiększona synteza kwasów tłuszczowych. W ten sposób uważa się, że współczesny ludzki TKTL1 zwiększa syntezę specyficznych lipidów błonowych potrzebnych do wygenerowania długiego procesu podstawnych komórek gleju promieniowego, który stymuluje ich proliferację, a tym samym zwiększa produkcję neuronów.
Wieland Huttner, który nadzorował badanie, powiedział: „To badanie sugeruje, że produkcja neuronów w korze nowej podczas rozwoju płodowego jest większa u współczesnych ludzi niż u neandertalczyków, w szczególności w płacie czołowym. Kuszące jest spekulowanie, że promowało to współczesne ludzkie zdolności poznawcze związane z płatem czołowym”.
Referencje czasopisma:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters i in. Ludzki TKTL1 implikuje większą neurogenezę w korze czołowej współczesnego człowieka niż u neandertalczyków”, nauka. 09. wrzesień 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
