Dodano: 24 czerwiec 2020r.

Z pomocą ludzkich genów naukowcy wyhodowali małpy z większymi mózgami

Wszczepienie płodom marmozet unikalnego dla ludzi genu spowodowało powiększenie kory nowej w mózgach małp, części kory mózgowej odpowiedzialnej za zaawansowane zdolności poznawcze, która jest wyraźnie większa u ludzi w porównaniu do innych naczelnych. Nowe badania mogą rzucić więcej światła na to, jak ten niezwykle ważny gen pomógł nam stać się dominującym gatunkiem na planecie.

Z pomocą ludzkich genów naukowcy wyhodowali małpy z większymi mózgami

 

Ewolucja ludzkiego mózgu wciąż pozostaje dla badaczy zagadką. To nasze większe mózgi odróżniają nas od innych naczelnych. Dzięki specyficznym właściwościom kory mózgowej rozwinęły się u nas zdolności poznawcze, rozumowanie i język. Wszystko dlatego, że na którymś etapie ewolucji do gry wszedł jeden konkretny gen, któremu zawdzięczamy większe mózgi.

Ten typowo ludzki gen o nazwie ARHGAP11B powoduje, że komórki macierzyste mózgu mogą się namnażać, co umożliwia powstawanie większego mózgu. Badania wykazały, że ARHGAP11B wszczepiony myszom i fretkom powoduje powiększenie kory mózgowej. Jednak znaczenie tego genu dla ewolucji ludzi wciąż pozostaje niejasne.

Ewolucyjny klucz do większego mózgu

Ludzka kora mózgowa dzieli się na korę starą (paleokcortex) odpowiedzialną za emocje i motywację oraz korę nową (neocortex) odpowiedzialną za przetwarzanie wrażeń zmysłowych oraz procesy poznawcze. Naukowcy z Niemiec i Japonii na czele z Wielandem Huttnerem z Instytutu Maxa Plancka udowodnili, że gen ARHGAP11B powoduje powiększenie kory nowej w mózgu małp. Płynie stąd wniosek, że może on być odpowiedzialny za rozrost kory nowej u człowieka.

Kora nowa to najmłodsza z punktu widzenia ewolucji część mózgu. Jest ona około trzy razy większa u człowieka, niż u najbliższych naszych krewnych, czyli szympansów. Z czasem stawała się ona coraz bardziej pofałdowana, aby zmieścić się wewnątrz ograniczonej przestrzeni czaszki. Naukowcy od dawna zadają sobie pytanie, jak to się stało że kora nowa stała się u człowieka taka duża?

Wcześniejsze badania Huttnera z 2015 r. polegały na wszczepieniu genu ARHGAP11B myszom. Okazało się, że pod jego wpływem już zarodki produkowały znacznie więcej komórek neuronalnych. Gen mógł także wpływać na pofałdowanie kory nowej u gryzoni. Badania sugerowały zatem jego kluczową rolę w rozwoju ludzkiego mózgu.

Mutacja, która doprowadziła do powiększenia mózgu

Występujący tylko u ludzi gen ARHGAP11B powstał w wyniku częściowej duplikacji wszechobecnego genu ARHGAP11A. Naukowcy przypuszczają, że stało się to ok. pięć milionów lat temu wzdłuż linii ewolucyjnej prowadzącej do neandertalczyków i dzisiejszych ludzi. W badaniu nadzorowanym przez Huttnera z 2016 r. odkryto, że ARHGAP11B zawiera sekwencję 47 aminokwasów, która jest specyficzna wyłącznie dla człowieka. Mutacja genu ARHGAP11A doprowadziła do niemal natychmiastowego wpływu na ewolucję poprzez powiększenie mózgu. Działo się to w czasie ok. 1,5 mln – 500 tys. lat temu.

Do tej pory nie było dowodów na to, aby specyficzny dla człowieka gen ARHGAP11B spowodował również powiększenie kory mózgowej u naczelnych. Aby to zbadać, naukowcy z grupy Wielanda Huttnera nawiązali współpracę z Eriką Sasaki z Central Institute for Experimental Animals (CIEA) w Kawasaki i Hideyuki Okano z Uniwersytetu Keio w Tokio.

Dzięki pracy naukowców pospolitym małpom wszczepiono gen ARHGAP11B, a następnie badano płody zwierząt po 101 dniach rozwoju. Pozyskane w ten sposób mózgi płodów przewieziono z Japonii do Drezna, gdzie poddano je szczegółowej analizie.

- Rzeczywiście okazało się, że kora nowa mózgu małpy powiększyła się, a powierzchnia mózgu była bardziej złożona – wyjaśnia współautor badań Michael Heide. W ten sposób naukowcy uzyskali dowody na to, że ARHGAP11B powoduje ekspansję kory nowej u naczelnych.

Rozważania etyczne

- Ograniczyliśmy nasze analizy do płodów małp, ponieważ spodziewaliśmy się, że wprowadzenie tego specyficznego dla człowieka genu wpłynie na rozwój kory mózgowej. W świetle potencjalnych i nieprzewidywalnych konsekwencji w odniesieniu do funkcji mózgu po porodzie, uznaliśmy badania wyłącznie na płodach za warunek wstępny i obowiązkowy z etycznego punktu widzenia – mówi Wieland Huttner.

Badania przeprowadzili naukowcy z Max Planck Institute of Molecular Cell Biology and Genetics (MPI-CBG) w Dreźnie, wraz z kolegami z Central Institute for Experimental Animals (CIEA) w Kawasaki i Keio Uniwersytetu w Tokio. Wyniki opublikowano na łamach czasopisma „Science”.

 

Źródło: Max Planck Society, fot. Ruben van Kuik/ Wikimedia Commons/ CC BY-SA 4.0