Geny neandertalskie wyjaśniają okrągłość współczesnych ludzkich mózgów

Rozwijający się zbiór badań sugeruje, że na wiele sposobów my Homo sapiens nie różnią się tak bardzo od naszego bliskiego krewnego Homo neanderthalensis. Podobnie jak żyjący ludzie, neandertalczycy tworzyli sztukę, wyrażali kulturę i troszczyli się o członków swojej społeczności. Ale różnimy się od nich dwoma, być może połączonymi, sposobami - kształtem naszych czaszek i faktem, że nie wyginęliśmy.

To dlatego, że czaszki, co najważniejsze, trzymają mózgi. Współczesne ludzkie czaszki mają okrągły, kulisty kształt, podczas gdy czaszki neandertalczyków są wydłużone. W badaniu opublikowanym w środę Aktualna biologia międzynarodowy zespół naukowców jako pierwszy zidentyfikował czynniki genetyczne, które prawdopodobnie doprowadziły do ​​tych istotnych różnic w kształcie. Z kolei zbliżyli nas o krok do zrozumienia, co to znaczy być członkiem naszych odrębnych gatunków.

„Motywacją do zbadania unikalnego kształtu ludzkiego mózgu jest to, że reprezentuje jedną z najbardziej ugruntowanych i jasno określonych cech anatomicznych, które odróżniają Homo sapiens od innych gatunków ludzkich ”, powiedział pierwszy autor i biologiczny antropolog Philipp Gunz Odwrotność.

Gunz pracuje jako pracownik naukowy w Instytucie Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka. Czaszki, wyjaśnia, są oknami biologii mózgu. Naukowcy wiedzą, że neandertalczycy i współcześni ludzie mają czaszki o różnych kształtach, ale ponieważ tkanka mózgowa nie skamieniała, biologia leżąca u podłoża pozostaje nieuchwytna. Zespół podjął interdyscyplinarne podejście, łącząc analizę skamieniałych czaszek z obrazowaniem mózgu i nowoczesnym sekwencjonowaniem genów.

Ważne jest, aby pamiętać, że nasze mózgi nie zawsze były kuliste. Najstarszy Homo sapiens skamieniałości, znalezione w Maroku i datowane na około 300 000 lat temu, mają endocranial kłęby to spada w zakresie współczesnych ludzi, ale wewnątrzczaszkowe kształty które są wydłużone. Oznacza to, że mieli duże mózgi, ale nie okrągłe. Poprzednie prace przeprowadzone przez Gunza pokazują, że współczesny rozmiar mózgu pojawił się około 300 000 lat temu, ale mózgi globularne pojawiły się około 40 000 lat temu - mniej więcej w tym samym czasie, gdy neandertalczycy wymarli.

Gunz mówi, że uderzająca zmiana Homo sapiens kształty wewnątrzczaszkowe prawdopodobnie odzwierciedlają „zmiany ewolucyjne w organizacji struktur ludzkiego mózgu, być może nawet w precyzyjny sposób, w jaki różne obszary są ze sobą połączone”.

Aby zbadać ten pomysł, zespół opracował uzgodnioną miarę globularności, tworząc wirtualne odciski wnętrza neandertalskich i współczesnych ludzkich czaszek. Następnie zmierzyli globularność mózgów 4 469 żyjących ludzi za pomocą skanów mózgu MRI. Naukowcy zbadali także DNA tych uczestników - poszukując fragmentów starożytnego neandertalskiego DNA z nadzieją, że może istnieć związek między przodkiem neandertalczyka a kształtem mózgu. Chociaż neandertalczycy wymarli, ich genetyczne dziedzictwo żyje dzięki starożytnym schadzkom z anatomicznie współczesnymi ludźmi.

Naukowcy odkryli, że chociaż wszyscy żyjący ludzie mają kształty czaszek wyraźnie różniące się od czaszek neandertalczyków, współczesni ludzie różnią się stopniem globularności mózgu. Ponadto odkryli, że wśród żywych ludzi fragmenty neandertalskiego DNA na chromosomach 1 i 18 są ze sobą skorelowane zredukowany globularność.

„Podobnie jak w innych aspektach anatomii mózgu, na stopień globularności prawdopodobnie wpływa zmienność wielu różnych genów, z których każdy ma niewielki wpływ” - wyjaśnia Gunz. „Efekty każdego związanego z nim fragmentu neandertalskiego były subtelne, ale wykrywalne dzięki użyciu dużej wielkości próbki w naszym badaniu”.

Te fragmenty neandertalczyka były następnie połączone ze zmienioną aktywnością genów w tkankach struktury mózgu, w tym skorupie w zwojach podstawy mózgu i móżdżku. Geny, z którymi kojarzą się fragmenty, UBR4 i PHLPPI, odgrywają ważną rolę w rozwoju mózgu - i prawdopodobnie jest to związek między globularnością mózgu a mechanizmami mózgu. Zwoje podstawne przyczyniają się do funkcji poznawczych, takich jak uczenie się umiejętności i planowanie, a móżdżek - który zawiera 50 procent neuronów mózgu - jest ważny dla przetwarzania języka i pamięci roboczej.

Gunz podkreśla, że ​​skutki przenoszenia fragmentów neandertalczyka, które wpływają na kształt mózgu, są w najlepszym razie subtelne - a ich skupienie się na globularności nie było motywowane „ideą, że kształt mózgu może nam powiedzieć coś prostego o naszym zachowaniu”. Podczas gdy inni naukowcy twierdzili, że okrągłe, wybrzuszone móżdżki ludzi mogły dać nam społeczną i poznawczą nogę nad neandertalczykami, Gunz uważa, że ​​„nie ma powodu oczekiwać jakiejkolwiek bezpośredniej korelacji między ogólnym kształtem i zachowaniem mózgu”.

Jednak odkrycia sugerują, że mechanizmy rozwojowe prawdopodobnie przyczyniły się do ewolucji współczesnego kształtu i funkcji mózgu - pozwalając nam być uczuciem, myślącymi ludźmi, którymi jesteśmy dzisiaj. Zespół planuje kontynuować badania genów związanych z globularnością, z nadzieją, że ujawnią inne sposoby, w jakie ta cecha jest powiązana z biologią człowieka. Jesteśmy jedynymi ludźmi, którzy zostali na Ziemi - i dlaczego wciąż jest tajemnicą.