Điều gì làm cho con người hiện đại trở nên độc đáo? So sánh với những người họ hàng gần nhất của chúng ta, những người Neandertals, do đó cung cấp những thông tin chi tiết hấp dẫn. Một trong những lời giải thích chính cho sự tiến hóa nhận thức của con người được cho là do sự gia tăng kích thước não và sản xuất tế bào thần kinh trong suốt quá trình phát triển của não.
Bộ não của người Neanderthal có kích thước tương tự như người hiện đại nhưng khác về hình dạng. Những gì chúng ta không thể biết được từ các hóa thạch là bộ não của người Neanderthal có thể đã khác nhau như thế nào về chức năng hoặc tổ chức của các lớp não, chẳng hạn như vỏ não mới.
Các nhà khoa học từ Viện Max Planck của Di truyền và Sinh học Tế bào Phân tử (MPI-CBG) ở Dresden hiện đã phân tích ảnh hưởng của một sự thay đổi axit amin đơn lẻ trong protein 1 (TKTL1) giống transketolase đối với việc sản xuất các mô đệm hướng tâm cơ bản, những con ngựa đực tạo ra phần lớn vỏ não. . Họ phát hiện ra rằng biến thể ở người hiện đại của protein TKTL1, chỉ khác một axit amin duy nhất từ biến thể Neandertal, làm tăng một loại tế bào tiền thân của não, được gọi là cơ sở hướng tâm, ở hiện đại. bộ não con người.
Phần lớn các tế bào thần kinh trong tân vỏ não đang phát triển, một khu vực của não cần thiết cho nhiều chức năng nhận thức, được tạo ra bởi các tế bào thần kinh đệm hướng tâm cơ bản. Các nhà khoa học kết luận rằng sự thay thế axit amin đơn lẻ dành riêng cho người này trong TKTL1 làm cơ sở cho việc sản xuất tế bào thần kinh cao hơn ở thùy trán đang phát triển của tân vỏ não ở người hiện đại so với người Neandertals vì hoạt động của TKTL1 đặc biệt cao ở thùy trán của não người thai nhi.
Nghiên cứu mới nhất của nhóm nghiên cứu của Wieland Huttner, một trong những giám đốc sáng lập của Viện Di truyền và Sinh học Tế bào Phân tử Max Planck (MPI-CBG) ở Dresden, được thực hiện với sự cộng tác của Svante Pääbo, giám đốc tại Viện Max Planck cho Nhân loại học Tiến hóa ở Leipzig, và Pauline Wimberger của Bệnh viện Đại học Dresden và các đồng nghiệp của họ.
Các nhà khoa học chủ yếu tập trung vào: protein transketolase-like 1 (TKTL1). Ở người hiện đại, TKTL1 chứa arginine ở vị trí trình tự được đề cập, trong khi Neandertal TKTL1 chứa axit amin liên quan lysine. Trong vỏ não thần kinh của thai nhi, TKTL1 được tìm thấy trong các tế bào tiền thân thần kinh, các tế bào mà từ đó tất cả các tế bào thần kinh vỏ não bắt nguồn. Đáng chú ý, mức độ TKTL1 cao nhất trong các tế bào tiền thân của thùy trán.
Các nhà khoa học đã khám phá tầm quan trọng của sự thay đổi một axit amin này đối với sự phát triển của tân vỏ não. Họ đã đưa người hiện đại hoặc biến thể Neandertal của TKTL1 vào tân vỏ của phôi chuột.
Họ quan sát thấy rằng các tế bào thần kinh đệm hướng tâm cơ bản, loại tế bào tiền nhân thần kinh được cho là động lực cho một bộ não lớn hơn, đã tăng lên với biến thể người hiện đại là TKTL1 nhưng không tăng lên với biến thể Neandertal. Do đó, não của phôi chuột với TKTL1 của con người hiện đại chứa nhiều tế bào thần kinh hơn.
Các nhà nghiên cứu tiếp theo đã xem xét những tác động này có ý nghĩa như thế nào đối với sự phát triển của bộ não con người. Để đạt được điều này, họ đã sử dụng các chất hữu cơ trong não người—Cấu trúc giống cơ quan trưởng thành có thể được nuôi cấy từ tế bào gốc của người trong các đĩa nuôi cấy tế bào trong phòng thí nghiệm và mô phỏng các khía cạnh của sự phát triển não người thời kỳ đầu — để hoán đổi arginine trong TKTL1 của người hiện đại lấy đặc tính lysine của TKTL1 của người Neandertal.
Anneline Pinson nói, “Chúng tôi phát hiện ra rằng với loại axit amin Neandertal trong TKTL1, ít tế bào thần kinh đệm hướng tâm cơ bản được tạo ra hơn so với loại người hiện đại và kết quả là cũng ít tế bào thần kinh hơn. Điều này cho chúng ta thấy rằng mặc dù chúng ta không biết não người Neandertal có bao nhiêu tế bào thần kinh, nhưng chúng ta có thể giả định rằng người hiện đại có nhiều tế bào thần kinh hơn trong thùy trán của não, nơi hoạt động của TKTL1 cao nhất so với người Neandertal. "
Các nhà khoa học cũng phát hiện ra rằng TKTL1 của con người hiện đại hoạt động thông qua những thay đổi trong quá trình trao đổi chất, đặc biệt kích thích con đường pentose phosphate, tiếp theo là tăng tổng hợp axit béo. Bằng cách này, TKTL1 của con người hiện đại được cho là làm tăng tổng hợp các lipid màng cụ thể cần thiết để tạo ra quá trình dài của các tế bào thần kinh đệm hướng tâm cơ bản, kích thích sự tăng sinh của chúng và do đó, làm tăng sản xuất tế bào thần kinh.
Wieland Huttner, người giám sát nghiên cứu, cho biết, “Nghiên cứu này ngụ ý rằng việc sản xuất các tế bào thần kinh trong tân vỏ não trong quá trình phát triển của bào thai ở người hiện đại nhiều hơn so với ở người Neandertals, đặc biệt là ở thùy trán. Thật hấp dẫn để suy đoán rằng khả năng nhận thức của con người hiện đại được thúc đẩy liên quan đến thùy trán ”.
Tạp chí tham khảo:
- Anneline Pinson, Lei Xing, Takashi Namba, Nereo Kalebic, Jula Peters, et al. TKTL1 của con người ngụ ý sự hình thành thần kinh lớn hơn trong tân não trước của người hiện đại hơn so với người Neandertals ”, Khoa học. 09. Tháng 2022 năm XNUMX DOI: 10.1126 / science.abl6422
