科学家们发现人类如何发展比其他猿类更大的大脑

人类头骨vs大猩猩头骨

一项新的研究首次确定了人类大脑是如何变得更大的,与黑猩猩和大猩猩的大脑相比,人类的大脑有三倍多的神经元。这项研究由英国剑桥大学医学研究委员会(MRC)分子生物学实验室的研究人员领导,确定了一个关键的分子开关,它可以使类人猿的大脑器官变得更像人类器官,反之亦然。yabo124

这项研究发表在杂志上细胞,比较了从人,大猩猩和黑猩猩干细胞生长的干细胞生长的“脑器有机体” - 3D组织。

类似于实际的大脑,人脑器有机体比来自其他猿的器件大得多。

人,大猩猩和黑猩猩脑器有机体

人类的大脑类器官比大猩猩和黑猩猩的大脑类器官长得大得多(从左到右)。这些大脑类器官已经5周大了。信贷:S.Benito-Kwiecinski / LMB实验室/细胞

来自MRC分子生物学实验室的马德琳·兰卡斯特博士领导了这项研究,她说:“这项研究为我们提供了一些初步的见解,让我们了解到人yabo124类大脑发育的不同之处,正是这些不同之处将我们与现存的近亲——其他类人猿区分开来。”我们和其他猿类之间最显著的区别就是我们的大脑有多大。”

在大脑发育的早期阶段,神经元是由被称为神经祖细胞的干细胞产生的。这些祖细胞最初呈圆柱形,这使得它们很容易分裂成相同形状的子细胞。

神经祖细胞在这一阶段增殖的次数越多,随后产生的神经元就越多。

随着细胞成熟并减慢它们的倍增,它们伸长,形成像拉伸的冰淇淋蛋筒的形状。

此前,小鼠的研究表明,其神经祖细胞成熟成圆锥形状并在小时内慢慢递增。现在,脑器有机体允许研究人员揭示这种发展如何发生在人类,大猩猩和黑猩猩中。

他们发现,在大猩猩和黑猩猩中,这种过渡需要很长时间,发生在大约五天内。

人类和大猩猩的神经祖细胞

仅5天后,大猩猩的神经祖细胞发育成圆锥形(右),而人类细胞(左)保持圆柱形。信贷:S.Benito-Kwiecinski / LMB实验室/细胞

人类祖先在这个转变中甚至被延迟了更多,大约需要7天。与其他类人猿相比,人类祖细胞保持圆柱形的时间更长,在此期间,它们分裂得更频繁,产生更多的细胞。

这种从神经祖细胞到神经元的转变速度上的差异意味着人类细胞有更多的时间繁殖。这在很大程度上可以解释为什么人类大脑中的神经元数量比大猩猩或黑猩猩多三倍。

兰卡斯特博士说:“我们发现早期大脑细胞形状的延迟变化足以改变发展过程,帮助确定所做的神经元数。

“这显着的是,细胞形状的相对简单的进化变化可能对脑进化产生重大后果。我觉得我们真的学到了一些关于我一直感兴趣的问题的东西,只要我能记住 - 是什么让我们成为人。“

兰开斯特和团队

Madeline Lancaster博士和她的分子生物学MRC实验室的团队。yabo124信用:分子生物学MRC实验室yabo124

为了揭示导致这些差异的遗传机制,研究人员比较了人类大脑类器官和其他类人猿的基因表达——基因是开启和关闭的。

他们发现了一种名为“ZEB2”的基因的差异,这种基因在大猩猩大脑类器官中比在人类类器官中更早被激活。

为了测试Gorilla祖细胞中基因的效果,它们延迟了Zeb2的影响。这减慢了祖细胞的成熟,使大猩猩脑器有机体更加类似于人较慢和更大的方式。

相反,在人体祖细胞中越早越早接受Zeb2基因,促进人体有机体的过早过渡,使得它们更像猿有机体。

研究人员注意到有机体是一种模型,与所有型号一样,不要完全复制真正的大脑,特别是成熟的脑功能。但对于关于我们的进化的基本问题,这类脑组织在盘中提供了前所未有的观点,以别的脑发展的关键阶段。

兰卡斯特医生是创造大脑第一瀑样2013年。

参考文献:“早期细胞形状过渡驱动人类前脑的进化扩张”由Silvia Benito-Kwiecinski,Stefano L. Giandomenico,Magdalena Sutcliffe,Erlend S. Riis,PaulaFreire-Pritchett,Iva Kelava,Stephanie Wunderlich,Ulrich Martin,GregoryA. Wray,Kate Mcdole和Madeline A. Lancaster 2021年3月24日,细胞
DOI: 10.1016 / j.cell.2021.02.050

这项研究由医学研究委员会、欧洲研究委员会和英国癌症研究中心资助。

2的评论在“科学家们发现人类如何发展比其他猿类更大的大脑”

  1. ......“我们的大脑是多么令人难以置信”//很高兴知道......
    我们的下巴和其他一些东西有多小,但为什么这就是这样。
    用另一个词,是什么造成的,......

  2. 看看两个头骨并排的照片。黑猩猩头骨有一个大的矢状嵴 - 钳口肌肉插入。这有助于减少馅饼像坚果一样吃坚韧的食物。但它还包围了强壮的肌肉中的颅骨 - 即使打开了合适的基因,大脑也不能增长。古老的同性恋者也有矢状冠,但大小的减少。
    2004年,Stedman在《自然》杂志上报道,他们在MYH16基因中发现了一种突变,导致咀嚼肌肉明显减弱,因此头骨的包装箱减少,大脑现在可以增长。
    本报告展示了脑增长的“开关”,所以器官 - 现在可以增长以填充肌肉不再受阻的颅骨。
    这一切都在一起工作

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