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在生命演化的歷史長河中，人類祖先的許多近親最終消失——例如尼安德特人，最后只有我們現(xiàn)代智人在這個世界發(fā)展壯大。這究竟只是單純的幸運(yùn)，抑或我們有著什么得天獨(dú)厚的優(yōu)勢？ 一些科學(xué)家猜測，關(guān)鍵原因可能在于我們的大腦有更強(qiáng)的認(rèn)知能力。最新一期《科學(xué)》雜志發(fā)表的一篇論文指出，盡管化石證據(jù)顯示現(xiàn)代人與其近親尼安德特人長著差不多大的大腦，然而我們的大腦在發(fā)育過程中產(chǎn)生了更多的神經(jīng)元，從而為更強(qiáng)的認(rèn)知能力奠定基礎(chǔ)。
在這篇論文中，來自德國馬克思普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所（MPI-CBG）、進(jìn)化人類學(xué)研究所的科學(xué)家們進(jìn)一步指出，與尼安德特人相比，僅僅在一個關(guān)鍵蛋白上出現(xiàn)了一個氨基酸的不同，就讓現(xiàn)代人擁有了神經(jīng)細(xì)胞更多、認(rèn)知能力更強(qiáng)的大腦。 這個關(guān)鍵的蛋白名為轉(zhuǎn)酮酶樣蛋白-1（transketolase-like 1，簡稱TKTL1）。近年來通過比對基因組序列，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代人與尼安德特人之間，氨基酸序列存在差異的蛋白質(zhì)并不多，而TKTL1就是其中的一個。幾乎所有現(xiàn)代人的TKTL1都在同一個氨基酸位置上與尼安德特人的版本不同。具體來說，現(xiàn)代人TKTL1版本中的一個精氨酸（Arg），在尼安德特人版本中是一個賴氨酸（Lys）。
正是這個TKTL1對大腦發(fā)育產(chǎn)生了重要影響。這是因?yàn)椋?strong>當(dāng)我們還處于胚胎階段時(shí)，TKTL1就在大腦的神經(jīng)祖細(xì)胞中發(fā)揮作用。日后產(chǎn)生的大多數(shù)皮質(zhì)神經(jīng)元就源自這些神經(jīng)祖細(xì)胞，它們復(fù)雜的分層結(jié)構(gòu)是現(xiàn)代人大腦皮質(zhì)的重要特征。而且，人類額葉的祖細(xì)胞中，TKTL1的表達(dá)水平尤其高，大腦的很多高級認(rèn)知功能正取決于額葉這個區(qū)域。 不過，TKTL1僅僅只差了一個氨基酸，究竟會給大腦發(fā)育帶來多大影響呢？為了回答這個問題，研究人員首先將編碼現(xiàn)代人TKTL1的基因和編碼尼安德特人TKTL1的基因分別轉(zhuǎn)入缺乏TKTL1的小鼠大腦新皮質(zhì)，兩者相比顯示，小鼠胚胎大腦中的一類神經(jīng)祖細(xì)胞，即基底放射狀膠質(zhì)細(xì)胞（bRG）的數(shù)量隨著現(xiàn)代人TKTL1的引入而顯著增加，但是沒有受到尼安德特人TKTL1的影響。而最終造成的差異是，具有現(xiàn)代人TKTL1的小鼠胚胎，其大腦包含的神經(jīng)元更多。
▲分裂的基底放射狀膠質(zhì)細(xì)胞，這類祖細(xì)胞在大腦發(fā)育過程中生成皮質(zhì)神經(jīng)元（圖片來源：參考資料[1]） 為了進(jìn)一步確認(rèn)不同版本的TKTL1對人腦發(fā)育的影響，研究人員進(jìn)一步對現(xiàn)代人的干細(xì)胞進(jìn)行了基因編輯，將其中的精氨酸替換為尼安德特人版本的賴氨酸。隨后，這些干細(xì)胞在實(shí)驗(yàn)室培養(yǎng)皿中發(fā)育為大腦的類器官，這種類器官可以模擬人類大腦的早期發(fā)育。 有意思的是，僅僅是一個氨基酸的改變，這個大腦類器官中產(chǎn)生的基底放射狀膠質(zhì)細(xì)胞就比真正現(xiàn)代人的大腦類器官來得少，生成的神經(jīng)元數(shù)量也更少。 論文第一作者Anneline Pinson說：“盡管我們不知道尼安德特人的大腦有多少神經(jīng)元，但我們現(xiàn)在可以推斷，TKTL1活性最高的大腦額葉中，現(xiàn)代人的神經(jīng)元比尼安德特人更多?！?/span> 研究人員還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代人版本的TKTL1通過改變細(xì)胞的代謝發(fā)揮作用，特別是通過增加脂肪酸合成的方式，在放射狀神經(jīng)膠質(zhì)細(xì)胞的長期增殖過程中提供所需的大量膜脂，支持神經(jīng)元的大量產(chǎn)生。
▲研究示意圖：TKTL1蛋白的活性變化改變了大腦基底放射狀膠質(zhì)細(xì)胞（bRGs）的代謝，增加了其細(xì)胞數(shù)量和上層皮質(zhì)神經(jīng)元的數(shù)量（圖片來源：參考資料[2]） 《科學(xué)》雜志同時(shí)發(fā)表的專家評論總結(jié)說：“這種機(jī)制可能代表了現(xiàn)代人與古人在大腦進(jìn)化方面的一個關(guān)鍵驅(qū)動因素。” |
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