Що робить сучасну людину унікальною? Таким чином, порівняння з нашими найближчими родичами, неандертальцями, дають захоплюючі ідеї. Вважається, що одним із основних пояснень еволюції людського пізнання було збільшення розміру мозку та виробництва нейронів протягом усього розвитку мозку.
Мозок неандертальця був схожий на мозок сучасної людини, але відрізнявся формою. Що ми не можемо сказати зі скам’янілостей, так це те, як мозок неандертальця міг відрізнятися за функціями або організацією шарів мозку, таких як неокортекс.
Вчені з Росії Інститут Макса Планка молекулярної клітинної біології та генетики (MPI-CBG) у Дрездені проаналізували вплив зміни однієї амінокислоти в транскетолазоподібному білку 1 (TKTL1) на виробництво базальної радіальної глії, робочих конячок, які утворюють більшу частину неокортекса. . Вони виявили, що сучасний людський варіант білка TKTL1, який відрізняється від неандертальського варіанту лише однією амінокислотою, збільшує один тип клітин-попередників головного мозку, який називається базальною радіальною глією, у сучасному організмі. людський мозок.
Основна маса нейронів у зростаючому неокортексі, ділянці мозку, необхідної для багатьох когнітивних функцій, виробляється базальними радіальними гліальними клітинами. Вчені прийшли до висновку, що ця єдина специфічна для людини амінокислотна заміна в TKTL1 лежить в основі більш високого виробництва нейронів у передній частці неокортекса, що розвивається, у сучасних людей, ніж у неандертальців, оскільки активність TKTL1 особливо висока у передній частці мозку ембріона людини.
Останнє дослідження дослідницької групи Віланда Хюттнера, одного з директорів-засновників Інституту молекулярної клітинної біології та генетики Макса Планка (MPI-CBG) у Дрездені, було проведено у співпраці зі Сванте Пяабо, директором Інституту Макса Планка з еволюційної антропології в Лейпцигу та Полін Вімбергер з університетської лікарні Дрездена та їхні колеги.
Вчені в основному зосередилися на: білку, подібному до транскетолази 1 (TKTL1). У сучасних людей TKTL1 містить аргінін у відповідній позиції послідовності, тоді як неандертальський TKTL1 містить споріднену амінокислоту лізин. У фетальному неокортексі людини TKTL1 знаходиться в неокортикальних клітинах-попередниках, клітинах, з яких походять усі кортикальні нейрони. Примітно, що рівень TKTL1 найвищий у клітинах-попередниках лобової частки.
Вчені дослідили значення цієї зміни однієї амінокислоти для розвитку неокортекса. Вони ввели або сучасну людину, або неандертальський варіант TKTL1 в неокортекс мишачих ембріонів.
Вони помітили, що базальні радіальні гліальні клітини, тип неокортикальних попередників, які вважаються рушійною силою для більшого мозку, збільшувалися з сучасним людським варіантом TKTL1, але не з неандертальським варіантом. Отже, мозок ембріонів миші з TKTL1 сучасної людини містив більше нейронів.
Потім дослідники розглянули, наскільки значущими були ці ефекти для зростання людського мозку. Щоб цього досягти, використовували органоїди мозку людини—мініатюрні органоподібні структури, які можна виростити зі стовбурових клітин людини в чашках для культур клітин у лабораторії та які імітують аспекти раннього розвитку людського мозку — щоб замінити аргінін у TKTL1 сучасної людини на лізин, характерний для неандертальського TKTL1.
Аннелін Пінсон сказала, «Ми виявили, що з неандертальським типом амінокислоти в TKTL1 утворюється менше базальних радіальних гліальних клітин, ніж з сучасним типом людини, і, як наслідок, також менше нейронів. Це показує нам, що хоча ми не знаємо, скільки нейронів було в мозку неандертальців, ми можемо припустити, що сучасні люди мають більше нейронів у лобовій частці мозку, де активність TKTL1 найвища, ніж у неандертальців».
Вчені також виявили, що TKTL1 сучасної людини діє через зміни метаболізму, особливо стимулюючи пентозофосфатний шлях із подальшим посиленням синтезу жирних кислот. Таким чином, вважається, що TKTL1 сучасної людини збільшує синтез специфічних мембранних ліпідів, необхідних для генерації тривалого процесу базальних радіальних гліальних клітин, що стимулює їх проліферацію і, отже, збільшує виробництво нейронів.
Віланд Хюттнер, який керував дослідженням, сказав: «Це дослідження означає, що виробництво нейронів у неокортексі під час внутрішньоутробного розвитку у сучасних людей більше, ніж у неандертальців, зокрема в лобовій частці. Спокусливо припустити, що це сприяло розвитку когнітивних здібностей сучасної людини, пов’язаних із лобовою часткою».
Довідка з журналу:
- Аннелін Пінсон, Лей Сін, Такаші Намба, Нерео Калебіч, Джула Пітерс та ін. Людський TKTL1 передбачає більший нейрогенез у передній неокортексі сучасних людей, ніж у неандертальців», наука. 09 вересня 2022 р. DOI: 10.1126/science.abl6422
