现代人类有何独特之处？因此，与我们的近亲尼安德特人进行比较，可以得到令人着迷的见解。人们认为人类认知进化的主要解释之一是大脑发育过程中大脑尺寸和神经元产量的增加。
尼安德特人的大脑大小与现代人类相似，但形状不同。我们无法从化石中得知尼安德特人的大脑在功能或大脑层（例如新皮质）的组织方面可能有何不同。
科学家从 马克斯普朗克研究所 德累斯顿分子细胞生物学和遗传学研究所 (MPI-CBG) 现已分析了转酮醇酶样 1 (TKTL1) 蛋白中单个氨基酸的变化对基底放射状胶质细胞生成的影响，基底放射状胶质细胞是生成大部分新皮质的主力。他们发现，现代人类的 TKTL1 蛋白变体与尼安德特人的变体只有一个氨基酸不同，它增加了现代人类中一种称为基底放射状胶质细胞的脑祖细胞。 人类的大脑.
正在生长的新皮质（大脑中对许多认知功能至关重要的区域）中的大部分神经元是由基底放射状胶质细胞产生的。科学家得出的结论是，TKTL1 中的这种单一人类特异性氨基酸取代是现代人类新皮质额叶发育中神经元产量高于尼安德特人的基础，因为 TKTL1 活性在胎儿大脑额叶中特别高。
德累斯顿马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所（MPI-CBG）创始所长之一维兰德·赫特纳（Wieland Huttner）研究小组的最新研究是与马克斯·普朗克研究所所长斯万特·帕博（Svante Pääbo）合作进行的莱比锡进化人类学博士、德累斯顿大学医院的 Pauline Wimberger 及其同事。
科学家们主要关注的是：蛋白质转酮醇酶样1（TKTL1）。在现代人类中，TKTL1 在相关序列位置含有精氨酸，而尼安德特人 TKTL1 含有相关氨基酸赖氨酸。在人类胎儿新皮质中，TKTL1 存在于新皮质祖细胞中，所有皮质神经元均源自这些细胞。值得注意的是，TKTL1 的水平在额叶祖细胞中最高。
科学家们探索了这一氨基酸变化对新皮质发育的重要性。他们将现代人类或尼安德特人的 TKTL1 变体引入小鼠胚胎的新皮质中。
他们观察到，基底放射状胶质细胞（一种被认为是大脑变大的驱动力的新皮质祖细胞）随着现代人类 TKTL1 变体的增加而增加，但尼安德特人变体则没有增加。因此，带有现代人类 TKTL1 的小鼠胚胎的大脑含有更多的神经元。
研究人员接下来研究了这些影响对 人脑的生长。为了实现这一目标，他们使用了 人脑类器官——微型器官样结构，可以在实验室的细胞培养皿中从人类干细胞中生长出来，并模仿早期人类大脑发育的各个方面——用现代人类 TKTL1 中的精氨酸替换尼安德特人 TKTL1 的赖氨酸特征。
安妮琳·平森说， “我们发现，与现代人类相比，TKTL1 中尼安德特人类型的氨基酸产生的基底放射状胶质细胞更少，因此神经元也更少。这表明，尽管我们不知道尼安德特人的大脑有多少个神经元，但我们可以假设现代人类的大脑额叶有更多的神经元，其中 TKTL1 活性比尼安德特人最高。”
科学家还发现，现代人类 TKTL1 通过代谢变化发挥作用，特别是刺激磷酸戊糖途径，随后增加脂肪酸合成。通过这种方式，现代人类 TKTL1 被认为可以增加产生基底放射状胶质细胞的漫长过程所需的特定膜脂的合成，从而刺激其增殖，从而增加神经元的产生。
监督这项研究的维兰德·赫特纳 (Wieland Huttner) 说， “这项研究表明，现代人类在胎儿发育过程中新皮质中神经元的产生量比尼安德特人要多，特别是在额叶。人们很容易推测这促进了现代人类与额叶相关的认知能力。”
杂志参考：
- Anneline Pinson、雷星、Takashi Namba、Nereo Kalebic、Jula Peters 等。人类 TKTL1 意味着现代人额叶新皮质的神经发生比尼安德特人更大”， 科学。 09 年 2022 月 XNUMX 日 DOI： 10.1126/science.abl6422
