Science：導(dǎo)入了人類特有基因后，猴腦有了進(jìn)化的趨勢(shì)

木易 2020-11-19 13:36:57 來(lái)源：量子位

木易 發(fā)自 凹非寺

量子位 報(bào)道 | 公眾號(hào) QbitAI

這，可能是對(duì)人腦進(jìn)化的一次意外。

最近，科學(xué)家們將一個(gè)人類特有的基因轉(zhuǎn)入到了猴子之中，使其長(zhǎng)出了更加強(qiáng)大的頭腦。

這項(xiàng)發(fā)表在Science的研究向我們揭示了：這個(gè)人類特有的基因，可能在人類大腦進(jìn)化中發(fā)揮著重要作用。

這很可能是人類區(qū)別于其他靈長(zhǎng)類動(dòng)物的重要原因。

但是，這個(gè)基因的出現(xiàn)，卻是一個(gè)「美麗的意外」。

那么，這究竟是一項(xiàng)什么樣的研究和意外呢？讓我們來(lái)了解一下。

特定的基因，讓大腦更強(qiáng)大

人類基因與其他靈長(zhǎng)類動(dòng)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?qū)е铝巳说奶貏e？是科學(xué)家們一直在研究的問(wèn)題。

而這次，科學(xué)家們便將研究的目光投向了一個(gè)人類特有的變量基因：ARHGAP11B。

在研究中，這個(gè)人類特有的基因被轉(zhuǎn)入到了普通絨猴之中并成功表達(dá)。

經(jīng)過(guò)101天培育后再對(duì)比，科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)一些有意思的現(xiàn)象：相對(duì)于普通狨猴，轉(zhuǎn)基因猴的腦子更加強(qiáng)大了。

對(duì)于具體的實(shí)驗(yàn)結(jié)果，研究作者M(jìn)ichael Heide這樣描述道：

普通絨猴的大腦新皮層被擴(kuò)大，大腦表面被折疊，它的皮質(zhì)板也比正常的厚。

此外，我們可以看到心室外下區(qū)基底橈神經(jīng)膠質(zhì)祖細(xì)胞的數(shù)量增加，以及上層神經(jīng)元的數(shù)量增加，這種神經(jīng)元類型在靈長(zhǎng)類動(dòng)物進(jìn)化過(guò)程中會(huì)增加。

總結(jié)來(lái)說(shuō)，就是在導(dǎo)入ARHGAP11B基因后，靈長(zhǎng)類動(dòng)物大腦：

• 新皮層的大小增加；
• 大腦發(fā)生了折疊，折疊方式類似于人腦；
• 產(chǎn)生神經(jīng)元的相關(guān)生殖細(xì)胞類型增加；
• 上層神經(jīng)元數(shù)量增加。

這些跡象都表明，轉(zhuǎn)基因猴腦有了更高級(jí)進(jìn)化的趨勢(shì)。

而在這些之中，新皮層的變化非常值得關(guān)注。因?yàn)椋c人的「智慧」有著密不可分的關(guān)系。

新皮層，是哺乳動(dòng)物特有的。在進(jìn)化史上很晚，大約 500 萬(wàn)年前才出現(xiàn)，是最后才出現(xiàn)的腦結(jié)構(gòu)。

雖然進(jìn)化得晚，但是新皮層卻有著極其特殊且強(qiáng)大的能力。

首先，新皮層的體積在進(jìn)化過(guò)程中變得越來(lái)越大，同時(shí)它還能通過(guò)復(fù)雜的折疊形成極大的面積。

其次，新皮層承擔(dān)著越來(lái)越關(guān)鍵的功能，比如感覺(jué)認(rèn)知、空間認(rèn)知、語(yǔ)言等，都由新皮層中的不同區(qū)域分擔(dān)完成。

而僅僅是只增加了一個(gè)基因，竟然可以帶來(lái)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(jìn)化過(guò)程中導(dǎo)致了大腦新皮層的擴(kuò)展，從而導(dǎo)致了人類大腦的快速進(jìn)化。

而這項(xiàng)研究，可能是人在進(jìn)化過(guò)程中歷史性時(shí)刻的復(fù)刻。

「美麗的意外」

ARHGAP11B 產(chǎn)生于大約五百萬(wàn)年前，該基因產(chǎn)生的時(shí)候，人類的祖先和黑猩猩的祖先已經(jīng)分化。

尼安德特人、丹尼索瓦人及當(dāng)今人類都擁有該基因。

不過(guò)，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(xué)家們發(fā)現(xiàn)：ARHGAP11B 中的一個(gè)C單堿基突變成了G，導(dǎo)致ARHGAP11B的mRNA丟失55個(gè)核苷酸，發(fā)生了移碼突變，從而產(chǎn)生了目前具有關(guān)鍵功能的47個(gè)氨基酸序列。

科學(xué)家推斷，這個(gè)堿基替換發(fā)生的時(shí)間可能要晚得多，約在150萬(wàn)到50萬(wàn)年前出現(xiàn)。

雖然說(shuō)基因突變并不是稀罕事，但在ARHGAP11B的中，它的突變卻是那么的剛好。

一個(gè)細(xì)微的突變，便讓人類形成了更大、更復(fù)雜的大腦，導(dǎo)致了人類的特異性，最終影響了人類的進(jìn)化方向。

這可以說(shuō)，是一個(gè)非?！该利悺沟囊馔饬?。

研究團(tuán)隊(duì)

這項(xiàng)研究是由三位科學(xué)家?guī)ьI(lǐng)的團(tuán)隊(duì)聯(lián)手帶來(lái)的。

Wieland Huttner教授，來(lái)自德國(guó)馬克斯·普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)與遺傳學(xué)研究所，現(xiàn)任該研究所主任。

團(tuán)隊(duì)的主要研究方向是神經(jīng)干細(xì)胞、祖細(xì)胞及新皮質(zhì)的發(fā)育和進(jìn)化。

Hideyuki Okano教授，來(lái)自慶應(yīng)義塾大學(xué)醫(yī)學(xué)院生理學(xué)系，他還是北京大學(xué)的客座教授。

團(tuán)隊(duì)研究方向是分子神經(jīng)生物學(xué)，發(fā)育生物學(xué)和再生醫(yī)學(xué)。

△中間為Erika Sasaki研究員

Erika Sasaki研究員，來(lái)自日本川崎實(shí)驗(yàn)動(dòng)物中央研究所（CIEA），現(xiàn)任絨猴研究部應(yīng)用開(kāi)發(fā)生物學(xué)實(shí)驗(yàn)室主任。

其團(tuán)隊(duì)的研究方向是使用絨猴誘導(dǎo)多能干細(xì)胞建立人類疾病模型。

在動(dòng)物上進(jìn)行實(shí)驗(yàn)，產(chǎn)生的倫理問(wèn)題無(wú)法避免。該項(xiàng)研究的研究人員也表示自己是完全符合倫理道德的規(guī)范。

那么，對(duì)于這次轉(zhuǎn)基因猴帶來(lái)的「進(jìn)化復(fù)刻」，你，是怎么看的呢？

參考鏈接：

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/okanohttps://nrid.nii.ac.jp/ja/nrid/1000070390739/