Kaj dela sodobnega človeka edinstvenega? Primerjave z našimi najbližjimi sorodniki, neandertalci, tako dajejo zanimive vpoglede. Ena od glavnih razlag za razvoj človeške kognicije naj bi bila povečanje velikosti možganov in proizvodnje nevronov skozi razvoj možganov.
Možgani neandertalca so bili po velikosti podobni možganom sodobnega človeka, vendar so se razlikovali po obliki. Iz fosilov ne moremo razbrati, kako so se možgani neandertalca morda razlikovali v delovanju ali organizaciji možganskih plasti, kot je neokorteks.
Znanstveniki iz Inštitut Max Planck za molekularno celično biologijo in genetiko (MPI-CBG) v Dresdnu so zdaj analizirali učinek spremembe ene same aminokisline v transketolazi podobnem proteinu 1 (TKTL1) na produkcijo bazalne radialne glije, delovnih konjev, ki tvorijo velik del neokorteksa. . Ugotovili so, da sodobna človeška različica proteina TKTL1, ki se od neandertalske različice razlikuje le po eni aminokislini, v sodobni človeških možganov.
Večino nevronov v rastočem neokorteksu, predelu možganov, ki je bistven za številne kognitivne funkcije, proizvajajo bazalne radialne glialne celice. Znanstveniki sklepajo, da je ta ena sama človeško specifična aminokislinska substitucija v TKTL1 osnova za večjo proizvodnjo nevronov v razvijajočem se čelnem režnju neokorteksa pri sodobnih ljudeh kot pri neandertalcih, ker je aktivnost TKTL1 še posebej visoka v čelnem režnju človeških možganov zarodka.
Najnovejša študija raziskovalne skupine Wielanda Huttnerja, enega od ustanovnih direktorjev Inštituta Maxa Plancka za molekularno celično biologijo in genetiko (MPI-CBG) v Dresdnu, je bila izvedena v sodelovanju s Svantejem Pääbom, direktorjem Inštituta Maxa Plancka. za evolucijsko antropologijo v Leipzigu ter Pauline Wimberger iz Univerzitetne bolnišnice Dresden in njuni sodelavci.
Znanstveniki so se osredotočili predvsem na: protein transketolazi podoben 1 (TKTL1). Pri sodobnih ljudeh TKTL1 vsebuje arginin na zadevnem položaju zaporedja, medtem ko neandertalski TKTL1 vsebuje sorodno aminokislino lizin. V fetalnem človeškem neokorteksu se TKTL1 nahaja v neokortikalnih matičnih celicah, celicah, iz katerih izhajajo vsi kortikalni nevroni. Predvsem je raven TKTL1 najvišja v matičnih celicah čelnega režnja.
Znanstveniki so raziskovali pomen te spremembe ene aminokisline za razvoj neokorteksa. V neokorteks mišjih zarodkov so uvedli sodobno človeško ali neandertalsko različico TKTL1.
Opazili so, da so se bazalne radialne glialne celice, vrsta neokortikalnih prednikov, za katere menijo, da so gonilna sila za večje možgane, povečale s sodobno človeško različico TKTL1, ne pa tudi z neandertalsko različico. Posledično so možgani mišjih zarodkov s sodobnim človeškim TKTL1 vsebovali več nevronov.
Raziskovalci so nato preučili, kako pomembni so bili ti učinki za rast človeških možganov. Da bi to dosegli, so uporabili organoidi človeških možganov—miniaturne strukture, podobne organom, ki jih je mogoče vzgojiti iz človeških matičnih celic v posodah za celične kulture v laboratoriju in ki posnemajo vidike zgodnjega razvoja človeških možganov — da bi zamenjali arginin v sodobnem človeškem TKTL1 za lizin, značilen za neandertalski TKTL1.
Anneline Pinson je rekla, »Ugotovili smo, da je pri neandertalskem tipu aminokislin v TKTL1 proizvedenih manj bazalnih radialnih glialnih celic kot pri sodobnem človeškem tipu in posledično tudi manj nevronov. To nam kaže, da čeprav ne vemo, koliko nevronov so imeli neandertalski možgani, lahko domnevamo, da imajo sodobni ljudje več nevronov v čelnem režnju možganov, kjer je aktivnost TKTL1 največja kot pri neandertalcih.«
Znanstveniki so tudi ugotovili, da sodobni človeški TKTL1 deluje prek presnovnih sprememb, posebej stimulira pentozofosfatno pot, ki ji sledi povečana sinteza maščobnih kislin. Na ta način naj bi sodobni človeški TKTL1 povečal sintezo specifičnih membranskih lipidov, potrebnih za ustvarjanje dolgega procesa bazalnih radialnih glialnih celic, ki spodbuja njihovo proliferacijo in s tem poveča proizvodnjo nevronov.
Wieland Huttner, ki je nadzoroval študijo, je dejal, »Ta študija nakazuje, da je proizvodnja nevronov v neokorteksu med fetalnim razvojem pri sodobnih ljudeh večja kot pri neandertalcih, zlasti v čelnem režnju. Mamljivo je špekulirati, da je to spodbujalo sodobne človeške kognitivne sposobnosti, povezane s čelnim režnjem.«
Referenca dnevnika:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters idr. Človeški TKTL1 pomeni večjo nevrogenezo v frontalnem neokorteksu sodobnih ljudi kot neandertalcev," Znanost. 09. september 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
