尼安德特人的基因影響之下,現代人類的腦袋不那麼圓了

2020-12-05 好奇心日報

我們的球形腦袋是我們區別與我們的人屬親戚和祖先的特徵之一。現代人類(智人)的腦袋並不是一直是球形的,而是逐步進化來的,在大約 35000-10000 年前,才有了現在的形狀。大約 20-30 萬年前的人類化石顯示,當時人類的腦袋更加扁長。

人類的腦袋如何從扁長的橢球形變為今天的球形?哪些基因在這一演變過程中發揮了作用?這是一個很難回答的問題,因為人死之後,腦組織很快就會腐爛。缺乏腦組織的化石,讓科學家們很難確定智人腦部形狀變化背後的基因基礎。

不過,發表在 12 月 13 日出版的《當代生物學》(Current Biology)上的一項研究成果試圖對這個問題進行回答。

為了解答這個問題,更好地理解現代人類腦袋形狀形成的生物學基礎,德國馬克斯·普朗克進化人類學研究所(Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology)的一支研究團隊將目光投向了人類已經滅絕的近親——尼安德特人。尼安德特人和現代人類腦容量大體相當,但是它們的顱骨形狀卻更像智人祖先的橢球形。

腦部形狀示意圖:左邊是尼安德特人,右邊是現代人類

圖片來自:馬克斯·普朗克進化人類學研究所

選擇尼安德特人作為研究對象,與智人和尼安德特人之間的淵源有很大的關係。

大約在 4.5 萬年前,當智人走出非洲來到歐洲之後,在這裡遇到了自己的近親尼安德特人,並同尼安德特人雜交過。儘管尼安德特人後面慘遭智人滅種,但是生活在非洲之外的現代人類依然帶有少量(1%-2%)尼安德特人的基因。這些基因一定會在現代歐亞人身上留下為數不多但有跡可循的痕跡,其中可能就包括大腦形狀。

沿著這一思路,馬普所的研究人員便利用核磁共振成像技術(MRI)掃描了數千個現代歐洲人類的腦部結構,並研究了殘留在歐洲人體內的尼安德特人的基因同腦部形狀這一性狀之間的關係。

結果發現,在 1 號和 18 號染色體上殘留下來的尼安德特人的等位基因能夠通過影響鄰近的兩個基因 UBR4 和 PHLPP1 的表達,讓人類的腦袋變得不那麼圓。

鄰近 UBR4 的等位基因能夠降低基底核中的 UBR4 表達,而 UBR4 與神經發生(神經元的生成)過程有關。鄰近 PHLPP1 的等位基因則會讓小腦中的 PHLPP1 表達更為強烈,PHLLPP1 與神經細胞軸突的「絕緣膜」——髓鞘的形成相關。

因此,研究人員推測,尼安德特人殘留下來的基因會通過影響智人腦部細胞的基因表達,改變小腦和一些大腦皮層下結構的形態,讓智人的腦袋不再那麼圓。不過這一變化肉眼並不可見。

「對於整體的圓形來說確實是很細微的變化,」馬普所團隊的古人類學家 Philipp Gunz 說,「我想你沒有辦法只用肉眼能看出差別來。這些人的樣子並不像尼安德特人。」

研究人員同時表示,腦袋的形狀是一種多因素特徵,受到許多不同基因的影響,單個基因的影響是很小的。此外,除了腦袋的形狀,沒有證據表明這些等位基因能夠影響人類的認知能力。

接下來,這支德國的研究團隊計劃在英國生物銀行資料庫(UK Biobank database)——這裡有 10 萬人的大腦掃描和基因數據——中找到更多能夠影響腦袋形狀的基因。「我們需要繼續努力,找到更多的基因,」領導這項研究的馬普所神經基因學家 Simon Fisher 說。

題圖來自:馬克斯·普朗克進化人類學研究所

相關焦點

  • 你的體內可能有尼安德特人的基因,你知道它對你有何影響嗎?
    對DNA的掃描顯示:絕大多數歐洲和亞洲人的體內有 1% 到 2% 的基因來自於尼安德特人。多虧現代的DNA技術,我終於知道自己竟然和尼安德特人有「親戚」了……在靈長動物演化的歷史上,不止有我們現代人類出現過,還有其他和我們類似的人類。
  • 由於尼安德特人的DNA,有些人略微壓扁了腦袋
    尼安德特人的頭骨與人類頭骨有兩個尼安德特人基因的人的頭頂更平坦基因的現代版本似乎使大腦的某些部分更有效地工作。尼安德特人不是我們自己物種的直系祖先,而是我們遠古的堂兄弟。大約4萬年前,當我們的祖先到達時,他們已經生活在歐洲,並且似乎有雜交,因為大多數歐洲人的DNA中潛藏著一些尼安德特人的基因 - 佔總數的1%到2%。
  • 尼安德特人和現代智人
    不過如果要具體說清楚人類進化是怎麼進行的,上述這些概念之間是個什麼關係,恐怕很多人就不太清楚了。今天我們就為大家介紹一下人類起源的話題,聊一下尼安德特人和現代智人。敬請收聽。人類進化基本路徑從進化論誕生開始,人們已經猜想到自己應該是從猿猴進化而來的。
  • 你更怕疼、更容易抑鬱、對新冠更易感...可能是因為尼安德特人的基因
    2017年,馬克斯·普朗克研究所開展的一項分析顯示,留在現代人體內的尼安德特基因中,有50%左右與發色或膚色有關聯(當然,關聯性不等同於實際的影響)。智人從非洲向高緯度地區遷徙時,更淺的膚色能夠適應減少的日照,增加體內生產的維生素D水平。尼安德特人貢獻的基因,或許幫助加速了智人膚色變淺的過程。
  • 如果你的臉比普通人長,可能攜帶尼安德特人 DNA
    據美國生活科學網站報導,你大腦的結構可能會透露你是否擁有尼安德特人基因。目前最新研究發現,現代人類如果攜帶近代滅絕人種尼安德特人的某些基因片段,他們的大腦和頭骨結構要比普通人更長。現代人類擁有獨特的接近球狀的頭骨和大腦,相比之下,尼安德特人的頭骨和大腦卻更像大多數靈長類動物,呈現細長狀。
  • 50萬年前尼安德特人或幫助塑造現代人類語言
    50萬年前尼安德特人或幫助塑造現代人類語言鳳凰科技訊 北京時間7月15日消息,英國每日郵報報導,科學家表示,我們的現代語言可以追溯到生活在50萬年前的尼安德特人。日益增多的研究表明我們最近的近親,尼安德特人,與我們之間的相似度遠超出我們之前的想像。荷蘭的研究人員辯論稱,我們與尼安德特人最後的共同祖先所掌握的語言和說話技術與現代人相差無幾。他們認為我們現代語言的起源比之前預想的要古老10倍。荷蘭馬克斯普朗克研究所的科學家對理解現代語言多樣性所蘊含的啟示意義非常感興趣。
  • 當現代智人遇到尼安德特人的科技——《尼安德特人三部曲》
    在另一個宇宙,滅絕的是我們現代智人。一位尼安德特科學家龐特在處理量子計算機故障時,意外地通過了"羅森塔爾橋"——穿越到了我們的宇宙。等那個尼安德特人醒來的時候,他被發現在我們現代智人世界某天文觀測站的重水蓄水罐中。(下文內容含輕微劇透,但不影響閱讀)
  • 如果你的臉比普通人長,你可能攜帶尼安德特人DNA
    目前最新研究發現,現代人類如果攜帶近代滅絕人種尼安德特人的某些基因片段,他們的大腦和頭骨結構要比普通人更長。現代人類擁有獨特的接近球狀的頭骨和大腦,相比之下,尼安德特人的頭骨和大腦卻更像大多數靈長類動物,呈現細長狀。
  • 基因改良:科學家用尼安德特人DNA培育"微型大腦"
    分析尼安德特人與現代人類的差異2010年,在這些嚴格的工作條件下,帕博和研究同事從數萬年前歐洲4位女性嚴重腐爛身體樣本中重新組合了尼安德特人基因代碼。這些基因表明,尼安德特人曾與我們的祖先發生雜交,並成功地使現今所有非洲之外的人類種族都攜帶1-4%的尼安德特人DNA。同時,由於人們獲得略有不同的基因,大約有三分之一的尼安德特人基因存在於現代人類體內。
  • 陳根:流產基因溯源,竟與尼安德特人有關
    文/陳根人類的基因在不斷變化,並且這種變化會影響人類的生育能力,這是目前醫學領域一直在研究的課題。最新的《分子生物學與進化》雜誌上就發表了一項關於人類的基於變異與流產問題的研究結果。在這之前,我們已知的,現代人類中最古老的基因變異的痕跡可以追溯到中國發現的一個4萬年前的個體。但這次通過對古代尼安德特人基因組的檢查,發現該變異體可被追溯到10萬年前。該項目研究的主要作者Hugo Zeberg指出,從古DNA研究中發現了幾例尼安德特人和現代人之間的雜交情況。然而,人們懷疑這種遺傳變異可能是在4.7萬至6.5萬年前的某個時候通過雜交產生的。
  • 病毒全世界大流行,尼安德特人的基因,曾救過我們的命
    這種偶爾的基因混合遺留下來的遺傳物質,最終是以尼安德特人的 DNA 的形式存在,導致許多現代人類繼續攜帶著這種遺傳物質。尼安德特人 圖片來源:網絡一項新的研究認為,我們應該感謝尼安德特人,幫助我們應對在全世界範圍內的病毒大流行。
  • 現代非洲人和歐洲人的尼安德特人血統可能比以前想像的要多
    但是,如果參考面板意外地包含尼安德特人的序列,那麼該方法將低估現代人的尼安德特人的血統比例。為了解決這個問題,阿基和他的同事開發了IBDmix,將其作為檢測古老血統的一種新方法。該方法不是使用現代的參考面板,而是計算與舊參考基因組通過血統(IBD)共享相同基因型的概率。
  • 尼安德特人的腦容量比現代人大得多,他們更聰明嗎?
    從上圖代表人類腦容量大小的顱骨形狀來看,從LUCY開始到現代人位置,腦容量是不斷加大的,這似乎非常吻合人類智商與思維能力的提高?但種花家有一盆冷水要潑下來!上圖中的尼安德特人大腦容量明顯要高於現代人,據測算尼安德特人的腦容量為1800ml,而現代人只有1400ml,是不是有種現代人退化的錯覺?
  • 與現代人類相比,尼安德特人更加強壯,腿更短,身體更寬大
    尼安德特人是是大約40萬年前到4萬年前生活在歐亞大陸的古人類。尼安德特人和解剖學上的現代人最初都被認為是在30萬到20萬年前從直立人進化而來的。 直立人大約在180萬年前出現,並且長期分布於整個歐亞大陸的各個亞種中。與現代人類相比,尼安德特人更加強壯,腿更短,身體更寬大。
  • 阿爾泰尼安德特人含有早期現代人類基因
    10萬年前尼安德特人和現代人之間發生了基因交流事件,早於先前記錄的其它此類事件。該研究是第一次通過遺傳證據發現一些現代人類可能很早已經離開非洲遷移到歐亞大陸,並與歐亞大陸古老的古人類基因混合。混合發生的時間早於當今生活在歐亞大陸的現代人祖先從非洲遷出的時間。 這一突破性的發現涉及到一個特殊的尼安德特人——被發現在西伯利亞南部阿爾泰山脈洞穴裡的「阿爾泰尼安德特人」。
  • 尼安德特人的基因為了人類貢獻了什麼?
    尼安德特人的基因進入智人體內眾所周知,尼安德特人對比於智人,可能並沒有什麼太大的優勢,如果對歐洲和西北亞地區的寒冷環境的適應算一個話,除此之外似乎真的不存在什麼了。是的,事實也真的是如此,但是,我們可能忽略了其中一個重要的影響因素,等位基因。在智人和尼安德特人的基因中都存在大量的等位基因,它們隨時準備著發揮作用。
  • 尼安德特人比猩猩、猴子聰明,為什麼在3萬年前滅絕了?
    尼安德特人早已滅絕這是板上釘釘的事實,但他們在人類身上留下不少的基因,即使經過數萬年的蕩滌仍然還存在1.5%-2.5%的比例,而尼安德特人的滅絕和比猩猩猴子聰明也沒啥大關係,也許用現代國際政治領域著名學者塞繆爾·亨廷頓所著的《文明的衝突》來解釋更合適。
  • 你我身上的尼安德特人
    數萬年前,發生在現代智人與尼安德特人之間的雜交,在很多方面改變了當今的人類。在距今大約20萬~3萬年前,在亞歐大陸上生活著今天已滅絕的尼安德特人。比起現代的人類來,尼安德特人個子相對矮小,四肢粗壯。鼻子、眼睛都很大。
  • 說尼安德特人等其他人種被現代人類祖先智人吃了,顯然是種誤解
    當現代人類,也就是我們的的祖先智人出現的時候,其實地球上還是有很多種其他類別的智能人類的,你也可以這樣來理解,人類,其實有好幾種,我們只是其中一種,叫智人,還有一種,叫尼安德特人。當然,還有其他種類人種,咱們就不去深究了,有尼安德特人就說明問題了。
  • 亞洲人為什麼會有尼安德特人的基因,而且還比歐洲人要高
    筆者-小文尼安德特人簡稱尼人,是人類在進化史中間階段代表性居群的通稱,也因為它們的化石是在德國的尼安德特谷被發現的因此獲得了這個名字。尼安德特人是現代歐洲人的近親,從12萬年前開始,尼安德特人就遍布歐洲、亞洲西部以及非洲北部了,但在距今約兩萬4000年以前,這種人種卻莫名其妙地從地球上消失了。