อะไรทำให้มนุษย์สมัยใหม่มีเอกลักษณ์เฉพาะตัว? การเปรียบเทียบกับญาติสนิทของเรา Neandertals จึงให้ข้อมูลเชิงลึกที่น่าสนใจ คำอธิบายหลักประการหนึ่งสำหรับวิวัฒนาการของความรู้ความเข้าใจของมนุษย์คือ การเพิ่มขนาดสมองและการผลิตเซลล์ประสาทตลอดการพัฒนาสมอง
สมองของนีแอนเดอร์ทัลมีขนาดใกล้เคียงกับมนุษย์สมัยใหม่แต่มีรูปร่างต่างกัน สิ่งที่เราไม่สามารถบอกได้จากซากดึกดำบรรพ์ก็คือว่าสมองของนีแอนเดอร์ทัลอาจมีความแตกต่างในการทำงานหรือการจัดระเบียบของชั้นสมองเช่นนีโอคอร์เท็กซ์ได้อย่างไร
นักวิทยาศาสตร์จาก สถาบัน Max Planck ของ Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) ใน Dresden ได้วิเคราะห์ผลของการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนเดี่ยวในโปรตีน transketolase-like 1 (TKTL1) ต่อการผลิต basal radial glia ซึ่งเป็นกลไกที่สร้าง neocortex จำนวนมาก พวกเขาพบว่าโปรตีน TKTL1 ของมนุษย์สมัยใหม่ซึ่งแตกต่างจากกรดอะมิโนเพียงตัวเดียวจากตัวแปรนีแอนเดอร์ทัลจะเพิ่มเซลล์ต้นกำเนิดของสมองชนิดหนึ่งที่เรียกว่า basal radial glia ในปัจจุบัน สมองมนุษย์.
เซลล์ประสาทจำนวนมากในนีโอคอร์เท็กซ์ที่กำลังเติบโต ซึ่งเป็นพื้นที่ของสมองที่จำเป็นสำหรับการทำงานด้านความรู้ความเข้าใจจำนวนมาก ถูกสร้างขึ้นโดยเซลล์เกลียฐานในแนวรัศมี นักวิทยาศาสตร์สรุปได้ว่าการแทนที่กรดอะมิโนเฉพาะของมนุษย์ใน TKTL1 นี้รองรับการผลิตเซลล์ประสาทที่สูงขึ้นในสมองกลีบหน้าของนีโอคอร์เท็กซ์ที่กำลังพัฒนาในมนุษย์ยุคปัจจุบันมากกว่าในมนุษย์ยุคหิน เนื่องจากกิจกรรม TKTL1 นั้นสูงเป็นพิเศษในกลีบหน้าของสมองมนุษย์ของทารกในครรภ์
การศึกษาล่าสุดโดยกลุ่มวิจัยของ Wieland Huttner ซึ่งเป็นหนึ่งในผู้อำนวยการผู้ก่อตั้งสถาบัน Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) ในเมืองเดรสเดน ได้ดำเนินการร่วมกับ Svante Pääbo ผู้อำนวยการสถาบัน Max Planck สำหรับมานุษยวิทยาวิวัฒนาการในเมือง Leipzig และ Pauline Wimberger จากโรงพยาบาลมหาวิทยาลัย Dresden และเพื่อนร่วมงานของพวกเขา
นักวิทยาศาสตร์มุ่งเน้นไปที่: โปรตีน transketolase-like 1 (TKTL1) ในมนุษย์ยุคใหม่ TKTL1 มีอาร์จินีนที่ตำแหน่งลำดับที่เป็นปัญหา ในขณะที่ Neandertal TKTL1 มีกรดอะมิโนไลซีนที่เกี่ยวข้อง ใน neocortex มนุษย์ของทารกในครรภ์ TKTL1 พบได้ในเซลล์ต้นกำเนิด neocortical ซึ่งเป็นเซลล์ที่เซลล์ประสาทเยื่อหุ้มสมองทั้งหมดได้รับมา โดยเฉพาะอย่างยิ่ง ระดับของ TKTL1 นั้นสูงที่สุดในเซลล์ต้นกำเนิดของกลีบสมองส่วนหน้า
นักวิทยาศาสตร์ได้สำรวจความสำคัญของการเปลี่ยนแปลงกรดอะมิโนนี้ต่อการพัฒนานีโอคอร์เท็กซ์ พวกเขาแนะนำมนุษย์ยุคใหม่หรือมนุษย์นีแอนเดอร์ทัลของ TKTL1 เข้าไปในนีโอคอร์เท็กซ์ของตัวอ่อนของหนู
พวกเขาสังเกตเห็นว่าเซลล์เกลียฐานเรเดียลซึ่งเป็นประเภทของต้นกำเนิด neocortical ที่คิดว่าเป็นแรงผลักดันสำหรับสมองที่ใหญ่ขึ้นนั้นเพิ่มขึ้นด้วย TKTL1 ของมนุษย์สมัยใหม่ แต่ไม่ใช่กับตัวแปร Neandertal ดังนั้น สมองของเอ็มบริโอของหนูที่มี TKTL1 ของมนุษย์ยุคใหม่จึงมีเซลล์ประสาทมากกว่า
นักวิจัยพิจารณาต่อไปว่าผลกระทบเหล่านี้มีนัยสำคัญอย่างไรสำหรับ การเจริญเติบโตของสมองมนุษย์. เพื่อให้บรรลุเป้าหมายนี้ พวกเขาใช้ อวัยวะในสมองของมนุษย์โครงสร้างคล้ายอวัยวะขนาดจิ๋วที่สามารถปลูกได้จากสเต็มเซลล์ของมนุษย์ในจานเพาะเลี้ยงเซลล์ในห้องแล็บ และที่เลียนแบบลักษณะการพัฒนาสมองของมนุษย์ในยุคแรกเริ่ม เพื่อเปลี่ยนอาร์จินีนใน TKTL1 ของมนุษย์ยุคใหม่ให้เป็นลักษณะเฉพาะของไลซีนของ Neandertal TKTL1
แอนลีน พินสัน กล่าวว่า “เราพบว่ากรดอะมิโนชนิดนีแอนเดอร์ทัลใน TKTL1 มีการผลิตเซลล์เกลียในแนวรัศมีน้อยลงกว่าชนิดมนุษย์สมัยใหม่ และเป็นผลให้เซลล์ประสาทน้อยลงด้วย สิ่งนี้แสดงให้เราเห็นว่าแม้เราจะไม่รู้ว่าสมองนีแอนเดอร์ทัลมีเซลล์ประสาทกี่เซลล์ แต่เราสามารถสรุปได้ว่ามนุษย์สมัยใหม่มีเซลล์ประสาทในกลีบสมองส่วนหน้ามากกว่า ซึ่งกิจกรรม TKTL1 นั้นสูงกว่ามนุษย์นีแอนเดอร์ทัล”
นักวิทยาศาสตร์ยังพบว่า TKTL1 ของมนุษย์ยุคใหม่ทำหน้าที่ผ่านการเปลี่ยนแปลงเมแทบอลิซึม โดยเฉพาะการกระตุ้นทางเดินเพนโทสฟอสเฟตตามด้วยการสังเคราะห์กรดไขมันที่เพิ่มขึ้น ด้วยวิธีนี้ TKTL1 ของมนุษย์สมัยใหม่จึงคิดว่าจะเพิ่มการสังเคราะห์ของไขมันในเยื่อหุ้มเซลล์ที่จำเป็นต่อการสร้างกระบวนการที่ยาวนานของเซลล์เกลียฐานเรเดียลที่กระตุ้นการเพิ่มจำนวนของพวกมัน ดังนั้นจึงเพิ่มการผลิตเซลล์ประสาท
Wieland Huttner ผู้ดูแลการศึกษากล่าวว่า “การศึกษานี้บอกเป็นนัยว่าการผลิตเซลล์ประสาทในนีโอคอร์เท็กซ์ระหว่างการพัฒนาของทารกในครรภ์นั้นมีจำนวนมากกว่าในมนุษย์ยุคปัจจุบันมากกว่าในมนุษย์นีแอนเดอร์ทัล โดยเฉพาะอย่างยิ่งในกลีบสมองส่วนหน้า เป็นเรื่องน่าดึงดูดใจที่จะคาดเดาว่าสิ่งนี้ส่งเสริมความสามารถทางปัญญาของมนุษย์สมัยใหม่ที่เกี่ยวข้องกับกลีบสมองส่วนหน้า”
การอ้างอิงวารสาร:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters และคณะ TKTL1 ของมนุษย์บ่งบอกถึงการสร้างเซลล์ประสาทในนีโอคอร์เท็กซ์ส่วนหน้าของมนุษย์สมัยใหม่มากกว่านีแอนเดอร์ทัล” วิทยาศาสตร์. 09 กันยายน 2022 DOI: 10.1126/science.abl6422
