Menslike brein grootte gene snellers groter brein in aap fetus

Die uitbreiding van die menslike brein tydens evolusie, spesifiek van die neokorteks, is gekoppel aan ons kognitiewe vermoëns soos redenasie en taal. 'N Sekere gene genoem ARHGAP11B dat slegs gevind word in die mens snellers brein stamselle te vorm meer stamselle, 'n voorvereiste vir 'n groter brein. Verlede studies het getoon dat ARHGAP11B, wanneer uitgedruk in muise en fretten om unphysiologically hoë vlakke, veroorsaak 'n uitgebreide neokorteks, maar die relevansie daarvan vir primaatevolusie is onduidelik. Navorsers by die Max Planck Instituut vir Molekulêre Selbiologie en Genetics (MPI-CBG) in Dresden saam met kollegas by die Sentrale Instituut vir proefdiere (CIEA) in Kawasaki en die Keio Universiteit in Tokio, beide geleë in Japan, wys nou dat hierdie menslike-spesifieke gene, toe uitgespreek om fisiologiese vlakke, veroorsaak 'n vergrote neokorteks in die algemeen marmoset, 'n Nuwe wêreld aap. Dit dui daarop dat die ARHGAP11B gene neokorteks uitbreiding tydens menslike evolusie veroorsaak het. Die navorsers gepubliseer hul bevindinge in die joernaal Science.

Die menslike neokorteks, die evolusionêr jongste deel van die serebrale korteks, is sowat drie keer groter as dié van ons naaste familie, die sjimpansees, en sy vou in plooie verhoog tydens evolusie te pas binne die beperkte ruimte van die skedel. 'N Belangrike vraag vir wetenskaplikes is hoe die menslike neokorteks is so groot. In 'n 2015 studie, die navorsingsgroep van Wieland Huttner, 'n stigtersdirekteur van die MPI-CBG, het bevind dat onder die invloed van die mens-spesifieke gene ARHGAP11B, muis embrio's geproduseer baie meer neurale stamvader selle en kan selfs ondergaan vou van hul normaalweg ontvou neokorteks. Die resultate het voorgestel dat die gene ARHGAP11B 'n sleutelrol in die evolusionêre uitbreiding van die menslike neokorteks speel.

Die opkoms van die menslike-spesifieke gene

Die menslike-spesifieke gene ARHGAP11B ontstaan ​​deur 'n gedeeltelike duplisering van die alomteenwoordige gene ARHGAP11A ongeveer vyf miljoen jaar gelede langs die evolusionêre afkoms wat lei tot Neanderthalers, Denisovans en hedendaagse mens, en na hierdie geslag van dié wat lei tot die sjimpansee het geskei. In 'n opvolg studie in 2016, die navorsingsgroep van Wieland Huttner ontbloot 'n verrassende rede waarom die ARHGAP11B proteïen bevat 'n reeks van 47 aminosure wat menslike-spesifieke, nie gevind in die ARHGAP11A proteïen, en noodsaaklik is vir vermoë ARHGAP11B te verhoog brein stamselle. Spesifiek, 'n enkele C-to-G basis vervanging in die ARHGAP11B gene lei tot die verlies van 55 nukleotiede van die ARHGAP11B boodskapper RNA, wat 'n verskuiwing in die lesing raam wat lei tot die mens-spesifieke oorsake, funksioneel kritieke 47 aminosuurvolgorde . Hierdie basis vervanging waarskynlik gebeur baie later as wanneer hierdie gene sowat 5 miljoen jaar gelede ontstaan ​​het, enige tyd tussen 1,5 miljoen en 500,000 jaar gelede. Soos puntmutasies is nie skaars nie, maar in die geval van ARHGAP11B sy voordele van die vorming van 'n groter brein lyk onmiddellik beïnvloed menslike evolusie het.

effek die gene in ape

Tog het dit onduidelik was tot nou toe as die menslike-spesifieke gene ARHGAP11B ook 'n vergrote neokorteks in nie-menslike primate sou veroorsaak. Om hierdie ondersoek, het die navorsers in die groep van Wieland Huttner saam met Erika Sasaki by die Sentrale Instituut vir proefdiere (CIEA) in Kawasaki en Hideyuki Okano by die Keio Universiteit in Tokio, beide geleë in Japan, wat die ontwikkeling van het pionier 'n tegnologie om transgeniese nie-menslike primate te genereer. Die eerste outeur van die studie, postdoc Michael Heide, gereis om Japan te werk met die kollegas direk op die terrein. Hulle gegenereer transgeniese algemene marmosets, 'n Nuwe Wêreld aap, dat die mens-spesifieke gene ARHGAP11B, wat hulle gewoonlik nie uitgespreek, in die ontwikkeling van neokorteks. Japan het insgelyks 'n hoë etiese standaarde en regulasies ten opsigte van diere navorsing en dierewelsyn as Duitsland nie. Die brein van 101 dae oue algemene marmoset fetusse (50 dae voor die normale geboorte datum) verkry in Japan en in Dresden aan die MPI-CBG uitgevoer vir 'n gedetailleerde analise. Michael Heide verduidelik: "Ons het gevind dat inderdaad dat die neokorteks van die gemeenskaplike marmoset brein vergroot en die brein oppervlak gevou Die kortikale plaat was ook dikker as normaal Verder het ons kan groter getalle van basale radiale Glia stamvaders sien in die buitenste subventricular sone.. en die groter getalle van bo-laag neurone, die neuron tipe wat toeneem in primaatevolusie. " Die navorsers het nou funksionele bewyse dat ARHGAP11B veroorsaak 'n uitbreiding van die primaat neokorteks.

etiese oorweging

Wieland Huttner, wat die studie gelei het, voeg by: "Ons beperk ons ​​ontleding na marmoset fetusse, want ons verwag dat die uitdrukking van hierdie menslike-spesifieke gene sou invloed op die neokorteks ontwikkeling in die marmoset In die lig van moontlike onvoorsiene gevolge met betrekking tot nageboorte. breinfunksie, ons beskou dit 'n voorvereiste, en verpligte van 'n etiese oogpunt, om eers die gevolge van ARHGAP11B op die ontwikkeling van die fetus se marmoset neokorteks bepaal. "

Die navorsers aflei dat hierdie resultate dui daarop dat die menslike-spesifieke ARHGAP11B gene neokorteks uitbreiding in die loop van die menslike evolusie veroorsaak het.

bron: Max-Planck-Gesellschaft. "Human brain size gene triggers bigger brain in monkey fetus." ScienceDaily. ScienceDaily, 18 June 2020. <www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200618150301.htm>.