Почему мы умнее неандертальцев
У неандертальцев могло быть меньше нейронов в неокортексе, чем у людей современного типа
Елена Клещенко, PCR.news
Продолжаются споры о том, каковы были умственные способности неандертальцев. Их мозг был не меньше нашего, однако когнитивные способности зависят не только от размера мозга, но также от количества нейронов, и от клеточной архитектуры неокортекса (новой коры) — структуры мозга, которая отвечает за высшие нервные функции. Неокортекс человека содержит примерно вдвое больше нейронов, чем у шимпанзе и бонобо.
Новое исследование указывает на возможное преимущество современного человека перед неандертальцами. Работу выполнила группа Виланда Хаттнера, одного из директоров-основателей Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка (MPI-CBG) в сотрудничестве со Сванте Паабо, директором Института эволюционной антропологии Макса Планка, Паулиной Вимбергер из Университетской клиники Дрездена и их коллегами.
Фермент TKTL1 (транскетолазоподобный белок 1) у людей современного типа содержит аргинин в положении 317, а у неандертальца, судя по геномным данным, в этой позиции был лизин, как и у современных человекообразных обезьян. Это одна из немногих «неандертальских» замен, которые практически не встречаются у современных людей. А значит, различие между человеческим и неандертальским вариантами белка (авторы работы обозначили их modern human TKTL1, или hTKTL1, и archaic TKTL1, aTKTL1) может оказаться важным.
TKTL1 экспрессируется в клетках-предшественниках неокортекса эмбриона человека, причем его экспрессия наиболее высока в клетках-предшественниках лобной доли. У млекопитающих охарактеризованы два типа так называемых базальных клеток-предшественников. Клетки базальной радиальной глии генерируют большую часть нейронов в развивающемся неокортексе приматов и других животных с хорошо развитым мозгом (например, хорьков). А у мышей клетки-предшественники нейронов представлены в основном базальной промежуточной глией — эти клетки делятся один раз, образуя два нейрона, в отличие от базальных радиальных клеток, которые могут производить много нейронов. Таким образом, базальная радиальная глия обеспечивает активный рост коры мозга.
Исследователи сравнили, как действуют hTKTL1 и aTKTL1 на нейрогенез. Для этого они ввели плазмиду с геном того или другого варианта белка в неокортекс эмбрионов мышей, проведя электропорацию внутриутробно. Число базальных радиальных глиальных клеток увеличилось под воздействием современного варианта TKTL1 (интересно, что при этом на базальную промежуточную глию он не повлиял). Неандертальский вариант такого эффекта не вызвал. Как следствие, мозг эмбрионов мышей, получивших «современный» вариант TKTL1, содержал больше нейронов. Аналогичное действие наблюдалось на развивающемся мозге хорьков. Нокаут гена TKTL1 в ткани неокортекса плода человека ex vivo тоже снизил количество клеток базальной радиальной глии.
Исследователи также провели эксперименты на органоидах — миниатюрных трехмерных структурах, имитирующих ткань человеческого мозга, которые выращивают из стволовых клеток человека. Геном стволовых клеток отредактировали таким образом, что аргинин в TKTL1 заменился на лизин. Эти мини-мозги тоже содержали меньше клеток базальной радиальной глии.
«Мы обнаружили, что с аминокислотой неандертальского типа в TKTL1 производилось меньше базальных радиальных глиальных клеток, чем с белком современного типа, и, как следствие, меньше нейронов, — говорит первый автор работы Аннелин Пинсон. — Хотя мы не знаем, сколько нейронов было в мозгу неандертальца, мы можем предположить, что у современных людей нейронов в лобной доле больше».
Исследователи обнаружили, что действие hTKTL1 основано на изменениях в метаболизме, в частности, на стимуляции пентозофосфатного пути, за которым следует усиленный синтез жирных кислот. Ингибирование пентозофосфатного пути подавляло эффект человеческого TKTL1 в экспериментах на мышах и снижало количество клеток-предшественников в тканях неокортекса эмбриона. Авторы предполагают, что TKTL1 активирует синтез мембранных липидов, необходимых для роста базальных радиальных глиальных клеток, тем самым стимулирует их пролиферацию и, следовательно, увеличивает продукцию нейронов.
«Заманчиво предположить, что это способствовало развитию когнитивных способностей современного человека, связанных с лобными долями», — резюмирует Виланд Хаттнер, руководивший исследованием.
Авторы отмечают, что хотя размер мозга человека и неандертальца сходны, их форма различается: более округлая у нас, более вытянутая у неандертальца. Кроме того, у человека современного типа крупнее височно-теменной узел — область коры, которая отвечает за интегрирование и обработку разных типов информации и, возможно, за самоосознание. Возможно, эти различия сформировала высокая активность hTKTL1, которая вызвала экспансию фронтальной коры.
Статья Pinson et al. Human TKTL1 implies greater neurogenesis in frontal neocortex of modern humans than Neandertals опубликована в журнале Science.
Портал «Вечная молодость» http://vechnayamolodost.ru