正如一組德國(guó)科學(xué)家發(fā)現(xiàn)的那樣，人類特有的基因原來(lái)是新大腦皮層擴(kuò)張的主要因素。這意味著該基因的作用僅是幾次突變的結(jié)果，它可以幫助一個(gè)人在進(jìn)化過(guò)程中發(fā)展出獨(dú)特的認(rèn)知能力。
黑猩猩大腦類器官的大小約為 3 毫米。普通干細(xì)胞呈紅色，接受 ARHGAP11B 基因的干細(xì)胞呈綠色
新皮層，或稱新皮層，是大腦皮層進(jìn)化上最年輕的區(qū)域。它是從所有哺乳動(dòng)物物種中分離出來(lái)的，但在人類中，新皮層構(gòu)成了大部分的皮層，即使與高等類人猿相比也是如此。大腦的這個(gè)區(qū)域負(fù)責(zé)更高的認(rèn)知能力，例如有意識(shí)的思考、言語(yǔ)、學(xué)習(xí)和推理。
據(jù)信，在人類中觀察到的皮層體積的增加與大腦皮層神經(jīng)元祖細(xì)胞的更高增殖能力（即通過(guò)細(xì)胞分裂和隨后的組織生長(zhǎng)進(jìn)行繁殖的能力）有關(guān)。盡管在以前的研究中似乎已經(jīng)發(fā)現(xiàn)了導(dǎo)致這種增殖增加的基因，但還沒(méi)有人研究它們對(duì)類人猿大腦發(fā)育的影響。
馬克斯普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所（德國(guó)）的一組科學(xué)家注意到了這一點(diǎn)，并決定找出增加人類神經(jīng)元前體增殖的基因的活性如何在黑猩猩的大腦中發(fā)揮作用，類人猿的特征代表。一篇包含研究結(jié)果的文章發(fā)表在EMBO Reports雜志上。
然而，早期對(duì)類人猿的研究沒(méi)有進(jìn)行是有原因的，因?yàn)槌鲇趥惱碓?，它們?cè)跉W洲被禁止。新工作的作者找到了一條出路——他們用所謂的大腦類器官進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。類器官是直徑為幾毫米的模型三維細(xì)胞結(jié)構(gòu)，可以從黑猩猩或人類誘導(dǎo)的多能干細(xì)胞 (iPSC) 中生長(zhǎng)出來(lái)。
研究主要結(jié)果的簡(jiǎn)要說(shuō)明
ISPCs是通過(guò)對(duì)具有給定功能的普通分化細(xì)胞進(jìn)行重新編程，使其再次成為干細(xì)胞而獲得的。此外，幾乎可以從中獲得任何其他細(xì)胞，包括模擬腦組織甚至大腦皮層的細(xì)胞器。此外，之前的研究表明，對(duì)此類類器官的研究與對(duì)真實(shí)大腦的實(shí)驗(yàn)相同。
科學(xué)家們選擇了先前已知的人類特異性 ARHGAP11B 基因，該基因主要在人類胎兒新皮質(zhì)的神經(jīng)元祖細(xì)胞中活躍，并迫使它在黑猩猩腦類器官細(xì)胞中表達(dá)。這導(dǎo)致神經(jīng)元前體的數(shù)量增加了一倍，這在新皮質(zhì)的擴(kuò)張中起著關(guān)鍵作用。
人腦類器官的切片。紫色顯示活躍增殖的腦干細(xì)胞
另一方面，通過(guò)阻斷該基因在人腦類器官細(xì)胞中的表達(dá)，研究人員將新皮質(zhì)神經(jīng)元前體的數(shù)量減少到黑猩猩的水平。此外，阻斷在許多動(dòng)物物種中更為常見(jiàn)的相似但不相同的 ARHGAP11A 基因不會(huì)導(dǎo)致如此劇烈的變化。
假設(shè) ARHGAP11B 基因是大約 500 萬(wàn)年前 ARHGAP11A 基因的部分復(fù)制（加倍）和該副本的進(jìn)一步突變的結(jié)果。正是這些突變和隨后的 ARHGAP11B 表達(dá)可能在提高認(rèn)知能力和人類進(jìn)化方面發(fā)揮了關(guān)鍵作用。
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