解開進化之謎?將人類基因植入後,科學家發現猴子的大腦更像人類了

 


眾所周知,人類是由古猿進化而來,因此和現今的猩猩、猴子等物種都具有親戚關係。近日,在一項實驗室實驗中,科學家將一種人類基因植入了猴子的大腦。

專家們發現,這種被稱為ARHGAP11B的基因的插入,導致了普通絨猴胎兒的新大腦皮層變大。

新大腦皮層是大腦深處的溝槽外層,參與推理、語言、意識思維和其他重要功能。

ARHGAP11B在人類中發現,但在非人類靈長類或其他哺乳動物中沒有發現,它觸發了猴子的腦幹細胞形成更多的幹細胞,擴大了大腦體積。

經過基因調整的狨猴大腦被發現可以模仿人類大腦中自然的突起和凹槽,分別被稱為腦回和腦溝,這是人類增加神經元(神經細胞)表面積的進化特徵。

這些實驗讓人想起《人猿星球》(Planet of The Apes)電影,在電影中,經過基因改造的靈長類動物向人類發起了一場戰爭。

研究人員共培育了7個絨猴胎兒,均在子宮內,並在妊娠102天通過剖宮產進行分析。

馬克斯·普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所(mpio - cbg)的研究作者邁克爾·海德(Michael Heide)說:「我們確實發現,普通絨猴大腦的新皮質變大,大腦表面摺疊。」

「(我們還發現)上層神經元的數量增加了,這種神經元類型在靈長類動物進化過程中也增加了。」

人類的新大腦皮層大約是我們的近親黑猩猩的三倍大。

在進化過程中,我們的大腦摺疊成獨特的褶皺外觀,以適應有限的顱骨空間,同時新大腦皮層的表面積大大增加。

這隻經過基因工程改造的狨猴寶寶年齡為101天,離正常的出生日期大約有50天。

這與絨猴通常的大腦形成了對比,絨猴的大腦比人類的更光滑,也更小。

據研究小組稱,ARHGAP11B可能在人類進化過程中導致了新大腦皮層的擴張。該研究小組還包括來自川崎中央實驗動物研究所(CIEA)和日本東京慶應義塾大學的專家。

包括Hideyuki Okano在內的日本研究人員率先開發了一項培育轉基因非人類靈長類動物的技術。

Okano在日本Wako的理化腦科學中心的實驗室是世界上第一個通過種系傳遞(GT)生產轉基因狨猴的實驗室。

GT是一種技術,胚胎幹細胞構成哺乳動物的生殖細胞,並遺傳給其後代。然而,GT在這個項目中沒有使用,原因很簡單,轉基因絨猴胎兒不被允許出生。

「我們的分析局限於絨猴的胎兒,因為我們預計這種人類特有的基因的表達會影響絨猴的新大腦皮層的發育,」MPI-CBG的研究作者維蘭德·赫特納(Wieland Huttner)說。

「考慮到ARHGAP11B對胎兒大腦功能的潛在不可預見的影響,我們認為首先確定ARHGAP11B對胎兒絨猴新大腦皮層發育的影響是一個先決條件,而且從倫理的角度來看也是必須的。」

ARHGAP11B是大約500萬年前普遍存在的基因ARHGAP11A的部分重複,沿著尼安德特人、丹尼索瓦人和現代人類的進化譜系出現的。

這項新研究發表在《科學》雜誌上,繼2015年MPI-CBG鑒定ARHGAP11B的工作之後。

研究人員分離出了不同的人類腦幹細胞亞群,並確定了在哪種細胞類型中哪些基因是活躍的。當時對小鼠胚胎的測試表明,該基因對大腦發育有巨大影響。

當ARHGAP11B在小鼠體內表達到非生理上的高水平時,會導致新大腦皮層的擴張。注入該基因的胚胎的大腦區域變大,一些發育出皺紋表面,這是人類大腦的特徵。

MPI-CBG研究的首席作者Marta Florio當時告訴《生活科學》說:「僅僅一個微小的基因就足以影響幹細胞的表型,而這種表型對新大腦皮層的擴展貢獻最大,這真是太酷了。」

然而,研究人員說,到目前為止,該基因與靈長類進化的相關性還不清楚。

編譯/前瞻經濟學人APP資訊組

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