Science:导入了人类特有基因后,猴脑有了进化的趋势

2020-11-19 13:09:36

文章来自 | 量子位

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木易 发自 凹非寺 
量子位 报道 | 公众号 QbitAI
这,可能是对人脑进化的一次意外。
最近,科学家们将一个人类特有的基因转入到了猴子之中,使其长出了更加强大的头脑。
这项发表在Science的研究向我们揭示了:这个人类特有的基因,可能在人类大脑进化中发挥着重要作用。
这很可能是人类区别于其他灵长类动物的重要原因。
但是,这个基因的出现,却是一个「美丽的意外」。
那么,这究竟是一项什么样的研究和意外呢?让我们来了解一下。

特定的基因,让大脑更强大

人类基因与其他灵长类动物只有些许的差别,但是人却有着更大的脑容量,而且更加聪明。
在这些差别中,究竟是哪些基因导致了人的特别?是科学家们一直在研究的问题。
而这次,科学家们便将研究的目光投向了一个人类特有的变量基因:ARHGAP11B。
在研究中,这个人类特有的基因被转入到了普通绒猴之中并成功表达。
经过101天培育后再对比,科学家们发现一些有意思的现象:相对于普通狨猴,转基因猴的脑子更加强大了。
对于具体的实验结果,研究作者Michael Heide这样描述道:

普通绒猴的大脑新皮层被扩大,大脑表面被折叠,它的皮质板也比正常的厚。

此外,我们可以看到心室外下区基底桡神经胶质祖细胞的数量增加,以及上层神经元的数量增加,这种神经元类型在灵长类动物进化过程中会增加。

总结来说,就是在导入ARHGAP11B基因后,灵长类动物大脑:
  • 新皮层的大小增加;
  • 大脑发生了折叠,折叠方式类似于人脑;
  • 产生神经元的相关生殖细胞类型增加;
  • 上层神经元数量增加。
这些迹象都表明,转基因猴脑有了更高级进化的趋势。
而在这些之中,新皮层的变化非常值得关注。因为,它与人的「智慧」有着密不可分的关系。
新皮层,是哺乳动物特有的。在进化史上很晚,大约 500 万年前才出现,是最后才出现的脑结构。
虽然进化得晚,但是新皮层却有着极其特殊且强大的能力。
首先,新皮层的体积在进化过程中变得越来越大,同时它还能通过复杂的折叠形成极大的面积。
其次,新皮层承担着越来越关键的功能,比如感觉认知、空间认知、语言等,都由新皮层中的不同区域分担完成。
而仅仅是只增加了一个基因,竟然可以带来如此的变化。
也正因如此,研究人员推断:人类特有的ARHGAP11B基因,很可能在人类进化过程中导致了大脑新皮层的扩展,从而导致了人类大脑的快速进化。
而这项研究,可能是人在进化过程中历史性时刻的复刻。

「美丽的意外」

ARHGAP11B 产生于大约五百万年前,该基因产生的时候,人类的祖先和黑猩猩的祖先已经分化。
尼安德特人、丹尼索瓦人及当今人类都拥有该基因。
不过,随着尼安德特人和丹尼索瓦人的灭绝,如今只有人类拥有该基因。
在2016年,科学家们发现:ARHGAP11B 中的一个C单碱基突变成了G,导致ARHGAP11B的mRNA丢失55个核苷酸,发生了移码突变,从而产生了目前具有关键功能的47个氨基酸序列。
科学家推断,这个碱基替换发生的时间可能要晚得多,约在150万到50万年前出现。
虽然说基因突变并不是稀罕事,但在ARHGAP11B的中,它的突变却是那么的刚好。
一个细微的突变,便让人类形成了更大、更复杂的大脑,导致了人类的特异性,最终影响了人类的进化方向。
这可以说,是一个非常「美丽」的意外了。

研究团队

这项研究是由三位科学家带领的团队联手带来的。
Wieland Huttner教授,来自德国马克斯·普朗克分子细胞生物学与遗传学研究所,现任该研究所主任。
团队的主要研究方向是神经干细胞、祖细胞及新皮质的发育和进化。
Hideyuki Okano教授,来自庆应义塾大学医学院生理学系,他还是北京大学的客座教授。
团队研究方向是分子神经生物学,发育生物学和再生医学。
中间为Erika Sasaki研究员
Erika Sasaki研究员,来自日本川崎实验动物中央研究所(CIEA),现任绒猴研究部应用开发生物学实验室主任。
其团队的研究方向是使用绒猴诱导多能干细胞建立人类疾病模型。
在动物上进行实验,产生的伦理问题无法避免。该项研究的研究人员也表示自己是完全符合伦理道德的规范。
那么,对于这次转基因猴带来的「进化复刻」,你,是怎么看的呢?
参考链接:
https://science.sciencemag.org/content/369/6503/546
https://xw.qianzhan.com/analyst/detail/329/200623-64daf0e2.html
https://www.mpi-cbg.de/research-groups/current-groups/wieland-huttner/group-leader/
http://www.okano-lab.com/okanolab/okano
https://nrid.nii.ac.jp/ja/nrid/1000070390739/

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