人類是哺乳類中最高等的生物嗎?科學家將一個基因植入猴腦找出了解答 | TechOrange


【我們為什麼挑選這篇文章】人類是哺乳類中最聰明、最高等的生物?科學家近日鎖定人類大腦中某個特定的基因,將其植入猴子腦中,發現猴子的大腦也進化了,而這個基因的出現,竟是來自演化史上某個細微的突變!(責任編輯:賴佩萱)

本文經 AI 新媒體量子位(公眾號 ID:QbitAI)授權轉載,轉載請連繫出處
作者:量子位

這,可能是對人腦進化的一次意外。最近,科學家們將一個人類特有的基因轉入到了猴子之中,使其長出了更加強大的頭腦。

這項發表在 Science 的研究向我們揭示了:這個人類特有的基因,可能在人類大腦進化中發揮著重要作用。這很可能就是人類區別於其他靈長類動物的重要原因。

但是,這個基因的出現,卻是一個「美麗的意外」。

那麼,這究竟是一項什麼樣的研究和意外呢?讓我們來了解一下。

有個特定的基因讓人類大腦更強大

人類基因與其他靈長類動物只有些許的差別,但是人卻有著更大的腦容量,而且更加聰明。在這些差別中,究竟是哪些基因導致了人的特別?是科學家們一直在研究的問題。

而這次,科學家們便將研究的目光投向了一個人類特有的變量基因:ARHGAP11B。在研究中,這個人類特有的基因被轉入到了普通絨猴之中並成功表達。

經過 101 天培育後再對比,科學家們發現一些有意思的現象: 相對於普通狨猴,轉基因猴的腦子更加強大了

對於具體的實驗結果,研究作者 Michael Heide 這樣描述道:普通絨猴的大腦新皮層被擴大,大腦表面被折疊,它的皮質板也比正常的厚;此外,我們可以看到心室外下區基底橈神經膠質祖細胞的數量增加,以及上層神經元的數量增加,這種神經元類型在靈長類動物進化過程中會增加。

總結來說,就是在導入 ARHGAP11B 基因後,靈長類動物大腦:

  1. 新皮層的大小增加
  2. 大腦發生了折疊,折疊方式類似於人腦
  3. 產生神經元的相關生殖細胞類型增加
  4. 上層神經元數量增加

這些跡象都表明,轉基因猴腦有了更高級進化的趨勢。而在這些之中,新皮層的變化非常值得關注。因為,它與人的「智慧」有著密不可分的關係。

新皮層,是哺乳動物特有的。在進化史上很晚,大約 500 萬年前才出現,是最後才出現的腦結構。雖然進化得晚,但是新皮層卻有著極其特殊且強大的能力。

首先,新皮層的體積在進化過程中變得越來越大,同時它還能透過複雜的折疊形成極大的面積;其次,新皮層承擔著越來越關鍵的功能,比如感覺認知、空間認知、語言等,都由新皮層中的不同區域分擔完成。

而僅僅是只增加了一個基因,竟然可以帶來如此的變化;也正因如此,研究人員推斷:人類特有的 ARHGAP11B 基因,很可能在人類進化過程中導致了大腦新皮層的擴展,從而導致了人類大腦的快速進化。

而這項研究,可能是人在進化過程中歷史性時刻的複刻。

一個細微的突變,造就人類強大的大腦

ARHGAP11B 產生於大約五百萬年前,該基因產生的時候,人類的祖先和黑猩猩的祖先已經分化。

尼安德特人、丹尼索瓦人及當今人類都擁有該基因。不過,隨著尼安德特人和丹尼索瓦人的滅絕,如今只有人類擁有該基因。

在 2016 年,科學家們發現:ARHGAP11B 中的一個 C 單鹼基突變成了 G,導致 ARHGAP11B 的 mRNA 丟失 55 個核苷酸,發生了移碼突變,從而產生了目前具有關鍵功能的 47 個氨基酸序列。

科學家推斷,這個鹼基替換發生的時間可能要晚得多,約在 150 萬到 50 萬年前出現。雖然說基因突變並不是稀罕事,但在 ARHGAP11B 的中,它的突變卻是那麼的剛好。

一個細微的突變,便讓人類形成了更大、更複雜的大腦,導致了人類的特異性,最終影響了人類的進化方向。

這可以說,是一個非常「美麗」的意外了。

認識研究團隊

這項研究是由三位科學家帶領的團隊聯手帶來的。

Wieland Huttner 教授,來自德國馬克斯‧普朗克分子細胞生物學與遺傳學研究所,現任該研究所主任;團隊的主要研究方向是神經幹細胞、祖細胞及新皮質的發育和進化。

Hideyuki Okano 教授,來自慶應義塾大學醫學院生理學系,他還是北京大學的客座教授;團隊研究方向是分子神經生物學,發育生物學和再生醫學。

Erika Sasaki 研究員,來自日本川崎實驗動物中央研究所(CIEA),現任絨猴研究部應用開發生物學實驗室主任;其團隊的研究方向是使用絨猴誘導多能幹細胞建立人類疾病模型。

中間為 Erika Sasaki 研究員

在動物上進行實驗,產生的倫理問題無法避免。該項研究的研究人員也表示自己是完全符合倫理道德的規範。

那麼,對於這次轉基因猴帶來的「進化復刻」,你,是怎麼看的呢?

參考資料

《sciencemag》、《qianzhan》、《okano-lab》、《mpi-cbg》

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