人類頭骨(左)和尼安德特人頭骨(右)。
人類頭骨(左)和尼安德特人頭骨(右)。

科學家在小老鼠的實驗中發現,現代人類大腦的關鍵部分比我們早已滅絕的表親尼安德特人需要更多的時間來發育。

就像兔子和烏龜一樣,緩慢而穩定是這裡的贏家。 額外的時間是蛋白質差異所引起的,這些差異似乎也減少了染色體錯誤,最終導致更健康、更健壯的人群。

該研究的結果表明,我們的新皮質(負責高階思維的皺紋外層)發育,在這一步驟中是在保護我們免受疾病侵害方面發揮著作用,而尼安德特人似乎缺少這一特徵。

近年來,遺傳學的進步使科學家能夠對從古代遺骸中提取的 DNA 進行測序,從而揭示了有關尼安德特人基因組如何與我們自己的基因組進行比較和對比的詳細訊息。

例如,我們知道,大約有 100 種氨基酸(構成蛋白質的化合物),在現代人類從產生尼安德特人和另一個近親丹尼索瓦人的分支分化時發生了變化。

氨基酸替代可能會產生顯著的影響,但目前還不清楚這些替代在人類和尼安德特人之間改變了哪些功能。

在已知的蛋白質中存在著六個已識別的替代物,這些替代物在細胞分裂過程中對染色體的分佈起作用。因此,由德國馬克斯普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所的遺傳學家 Felipe Mora-Bermúdez 領導的一組研究人員進行了實驗,看看他們是否能夠確定這些氨基酸變化在新皮質發育中可能發揮的作用。

自然的實驗對象是實驗室老鼠,它們恰好與尼安德特人(和猿類)在相關蛋白質中共享了相同的六種氨基酸。研究人員使用 CRISPR Cas-9 將這些氨基酸替換為在​​現代人類中發現的氨基酸。

他們還從反方向進行了研究。從胚胎幹細胞(無生命或無知覺的腦組織塊)中培育出人類大腦的器官,並用尼安德特人/小老鼠/猿類的變種取代現代人類的氨基酸。

結果是驚人的和有趣的。

Mora-Bermúdez 解釋說:「我們發現,兩種蛋白質中的三個現代人類氨基酸會導致更長的分裂期,即染色體為細胞分裂做準備的階段,當染色體被分配到神經細胞的子細胞出現更少的錯誤,就像現代人類一樣。」

此外,尼安德特人器官分裂期更短,導致染色體分離錯誤的數量是對照組器官的兩倍。這表明與尼安德特人相比,三個現代人類氨基酸的替代導致染色體分佈錯誤更少。

由於染色體數量的錯誤(稱為多體性)會導致嚴重的疾病以及白血病和癌症等癌症,因此結果表明這種變化對現代人類是有利的。他們還表明,尼安德特人的大腦功能受到染色體疾病的影響可能比我們在現代人類中看到的要高。

研究人員在他們的論文中寫道:「目前的數據表明,在現代人類中,染色體錯誤分離的任何有害影響可能性可能低於尼安德特人、丹尼索瓦人和猿類。」

「因此需要進一步的工作來解決對這些對現代人類特徵重要性的影響。」

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參考資料:

  1. Starr, M., (2022,July 29). Scientists May Have Found a Key Shift Between The Brains of Humans And Neanderthals. ScienceAlert
  2. Mora-Bermúdez, F., Kanis, P., Macak, D., Peters, J., Naumann, R., Xing, L., Sarov, M., Winkler, S., Oegema, C. E., Haffner, C., Wimberger, P., Riesenberg, S., Maricic, T., Huttner, W. B., & Pääbo, S. (2022). Longer metaphase and fewer chromosome segregation errors in modern human than Neanderthal brain development. Science Advances, 8(30), eabn7702.Science https://doi.org/doi:10.1126/sciadv.abn7702
  3. 圖片來源:https://www.sciencealert.com/scientists-have-found-evidence-that-human-brains-develop-more-slowly-than-neanderthals-did  (圖:hairymuseummatt/DrMikeBaxter/Wikimedia Commons, CC BY-SA 2.0)
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