細思略恐!科學家找到人類特異性基因,可讓動物長出類似人類的腦結構

2021-01-20 國際科學

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據統計，人類與黑猩猩約有99％的基因相似，只有一小部分有所不同。是什麼讓人類能夠在殘酷的自然競爭中脫穎而出，成為地球上唯一的高級智慧生物呢？


答案是我們的大腦，人類的大腦大約是黑猩猩大腦的三倍，這讓我們能夠擁有更加高級的智慧，能夠處理更加複雜的問題。



來自馬克斯·普朗克進化人類學研究所的研究小組發現僅在人類身上存在特殊基因，正是該基因讓我們擁有更大的大腦與更高級的智慧。


該項研究發表在Science雜誌上，其題目為Human-specific gene ARHGAP11B promotes basal progenitor amplification and neocortex expansion，中文翻譯為《人類特異性基因ARHGAP11B促進基底祖細胞的增生和新皮質的擴張》。



該研究小組長期以來一直對人腦進化相關問題進行持續探究，在過去的幾年中，該研究小組的研究人員取得了一些重要發現，這些發現有助於加深人們對大腦進化過程與發育方式的理解。


特殊的ARHGAP11B基因


研究人員從小鼠胎兒組織和人類大腦組織中分離出不同類型的幹細胞和祖細胞。與人類大腦「大而摺疊」的特點相反，小鼠大腦是「小而光滑」，研究人員分離出特定組織後，比較了在各種細胞類型中活躍的基因，並鑑定出僅存在於人類且在大腦發育中起作用的56個基因。


研究人員表示，他們注意到ARHGAP11B基因在基底腦幹細胞中特別活躍，該基因能夠觸發腦幹細胞形成更大的幹細胞庫，這些細胞對發育中大腦皮層的形成與增長非常重要。人類大腦在發育過程中會出現更多的神經元，大腦皮層也不斷會擴張，這導致人類的智慧也越來越高。


研究人員同時發現， ARHGAP11B基因僅在人類身上發現，而在黑猩猩中則沒有。


人類神經細胞特異表達的基因（圖片來源參考文獻[1]）


人類特異性基因也可在小鼠大腦中起作用


在隨後的研究過程中，研究人員對該特殊基因的具體功能開展了研究。研究人員猜想，該基因能夠幫助人類獲得更大的腦幹細胞庫，從而導致大腦擴大，那麼這種人類特異性基因是否能夠在小鼠較小的大腦中引發類似發育過程呢？


研究人員將該基因引入小鼠胚胎，令人吃驚的是，在人類特異性基因的作用下，小鼠大腦在發育過程中明顯產生了更多的腦幹細胞，在一半的實驗組中，甚至觀察到小鼠大腦產生了大腦皮層摺疊現象——這是人腦的典型結構。


ARHGAP11B在小鼠大腦中的表達促進了基底祖細胞的增殖，並能誘導大腦皮層摺疊（圖片來源參考文獻[1]）


這些結果表明， ARHGAP11B基因在人類大腦皮層的進化、發育過程中起著關鍵作用。


研究人員進一步的數據表明，ARHGAP11B不僅存在於人類基因組中，也同時存在於尼安德特人和傑尼索娃人中，他們是人類的遠古近親。


維蘭德·赫特納（Wieland Huttner）表示：「 ARHGAP11B是第一個人類特異性基因，我們可以證明它有助於基礎腦幹細胞庫的形成，並可以觸發新皮層的摺疊。」 在進化過程中，我們的基因組必須發生變化才能觸發這種大腦生長，使我們的大腦發育的更加完善。


感謝大自然，也許是某次不經意的基因突變，誕生了這種特殊基因，給人類帶來了更好的未來。


（最後的一個問題是，在找到上述這種人類特異性基因後，我們是不是有機會能夠讓動物在人類的幹預下，從而變得更聰明呢？歡迎討論。）


Human-specific gene ARHGAP11B promotes basal progenitor amplification and neocortex expansion." Science DOI: 10.1126/science.aaa1975


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編輯/審核：Andy

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