一种人类特有的基因使普通绒猴(一种非人类的灵长类动物)的新大脑皮层变大。
人类大脑在进化过程中的扩张，特别是新大脑皮层的扩张，与我们的认知能力，如推理和语言能力有关。有一种叫做ARHGAP11B的基因，只有在人类身上才能发现，它能触发大脑干细胞形成更多的干细胞，这是大脑更大的先决条件。过去的研究表明，当ARHGAP11B在小鼠和雪貂体内表达到非生理上的高水平时，会导致新大脑皮层的扩张，但它与灵长类进化的相关性尚不清楚。马克斯普朗克研究所的研究员分子细胞生物学和遗传学在德累斯顿(MPI-CBG)与同事一起在中央研究所实验动物(CIEA)川崎在东京庆应义塾大学,位于日本,显示现在人类基因,表达了生理水平时,引起大脑皮层肿大常见的绒猴,新世界猴。这表明ARHGAP11B基因可能在人类进化过程中导致了大脑皮层的扩张。研究人员在《科学》杂志上发表了他们的研究结果。
人类的新大脑皮层是进化中最年轻的大脑皮层，它比我们的近亲黑猩猩的大脑皮层大三倍。在进化过程中，新大脑皮层的褶皱不断增加，以适应有限的颅骨空间。对科学家来说，一个关键问题是人类的新大脑皮层是如何变得如此巨大的。在2015年的一项研究中，mpii - cbg的创始理事维兰·赫特纳(Wieland Huttner)的研究小组发现，在人类特异性基因ARHGAP11B的影响下，小鼠胚胎产生了更多的神经祖细胞，甚至可以折叠正常展开的新皮层。结果表明，ARHGAP11B基因在人类新皮层的进化扩展中起着关键作用。
人类特有基因的兴起
大约500万年前，人类特有的基因ARHGAP11B是普遍存在的基因ARHGAP11A的部分重复，沿着尼安德特人、丹尼索瓦人和现在的人类的进化谱系进化而来，在这个谱系与黑猩猩分离后，形成了黑猩猩。在2016年的后续研究中，维兰·赫特纳的研究小组发现了一个令人惊讶的原因，为什么ARHGAP11B蛋白含有47个人类特有的氨基酸序列，而这些氨基酸在ARHGAP11A蛋白中没有发现，并且对ARHGAP11B增加脑干细胞的能力至关重要。具体来说，在ARHGAP11B基因中发现的一个C-to-G碱基替换导致ARHGAP11B信使RNA中丢失了55个核苷酸，导致阅读框的改变，从而产生了人类特有的、功能关键的47个氨基酸序列。这种碱基替换发生的时间可能比基因出现的时间晚得多大约在500万年前，150万到50万年前的任何时候。这种点突变并不罕见，但在ARHGAP11B的例子中，它形成更大大脑的优势似乎立即影响了人类的进化。
基因对猴子的影响
然而，目前还不清楚人类特有的基因ARHGAP11B是否也会导致非人类灵长类动物的新大脑皮层增大。集团的调查,研究人员维兰德Huttner联手Erika佐佐木在中央研究所实验动物(CIEA)川崎和Hideyuki冈在东京庆应义塾大学,位于日本,他开创了一个技术的发展产生转基因非人类的灵长类动物。该研究的第一作者、博士后迈克尔·海德(Michael Heide)前往日本与同事直接现场工作。他们产生了转基因的普通绒猴，一种新的世界猴，表达了人类特有的基因ARHGAP11B，在发育的新大脑皮层中，他们通常没有这种基因。与德国一样，日本在动物研究和动物福利方面也有同样高的道德标准和法规。在日本获得101天大的普通绒猴胎儿(正常出生前50天)的大脑，并出口到德累斯顿的MPI-CBG进行详细分析。迈克尔·海德解释道:“我们确实发现，普通绒猴的大脑皮层被扩大，大脑表面被折叠。它的皮质板也比正常的厚。此外，我们可以看到心室外下区基底桡神经胶质祖细胞的数量增加，以及上层神经元的数量增加，这种神经元类型在灵长类动物进化过程中增加。”研究人员现在有功能证据表明，ARHGAP11B导致了灵长类动物新大脑皮层的扩张。
道德的考虑
领导这项研究的Wieland Huttner补充道:“我们的分析局限于绒猴胎儿，因为我们预期这种人类特有基因的表达会影响绒猴的新大脑皮层的发育。鉴于ARHGAP11B对出生后大脑功能的潜在不可预见的影响，我们认为首先确定ARHGAP11B对胎儿绒猴新大脑皮层发育的影响是一个先决条件，而且从伦理角度来看是必须的。”
研究人员认为，这些结果表明，人类特有的ARHGAP11B基因可能在人类进化过程中导致了新大脑皮层的扩展。
