Na żywo "mini-mózg" neandertalczyków opowiedzą, co sprawia, że nasz mózg jest wyjątkowy

Podkreślał DNA z egipskich mumii. Otworzył денисовских ludzi, wymarły rodzaj starożytnego człowieka, секвенировав DNA z małego fragmentu kości. Kierował dużym badaniem odzyskiwania genomu neandertalczyka — i znalazł ślady ich genów, które do tej pory ukrywają się w niektórych z nas dzisiaj. Teraz szwedzki genetyk dr Сванте Паабо znowu chce odwrócić палеонтологию do góry nogami — tym razem zamierza wyhodować komórki macierzyste neandertalczyków w maleńkich органоидах mózgu w probówce.

W jego planach nie ma pełnej regeneracji mózgu neandertalczyka w kadzi — przeciwnie, on chce użyć edycja genów, aby dać ludzkie komórki macierzyste kilka wariantów genów, wykrytych u neandertalczyków. Te zmodyfikowane komórki macierzyste, a następnie umieszczane w małe komórki mózgu, które naśladują rozwój mózgu u płodu, wraz z ich własnymi naczyniami krwionośnymi, sieci neuronowe i funkcjonowanie synaps.

Porównując wzrost неандертализированных mini-mózg z mózgiem człowieka, Паабо nadzieję wyróżnić czynniki genetyczne, które sprawiają, że nas tak wyjątkowe.

"Neandertalczycy byli inteligentni, jak i inne ssaki. Oni nie wychodzili w ocean, jeśli nie widziałeś drugiego brzegu", mówi Паабо. "Ale dla mnie najważniejsze pytanie w historii ludzkości brzmi: dlaczego my się tak zdesperowany?".

Rewolucja DNA

Paleontolodzy od dawna zastanawiał się, jak ewolucja pozycji stojącej nasze niesamowite mózg. Porównując naszą genetykę z genetyki naszych najbliższych krewnych-małp, genetyka starannie podkreślali garstkę krytycznie różnych genów. Na przykład, małe mutacje w FOXP2, wydaje się, leżą w oparciu o naszą zdolność tworzyć skomplikowane fonemów i słów. Niektórzy nawet uważają, że FOXP2 — to kluczowe biologiczne korzyści, które daje nam nasz bogaty, bogaty język.

Niestety, porównywanie genomów może tylko zidentyfikować geny, które różnią się u ludzi i małp — a to jak te geny tworzą nasz rozwój mózgu, to pytanie pozostaje bez odpowiedzi.

"Wcześniej tylko ograniczały się do oglądania danych sekwencjonowania i каталогизацией różnic u innych naczelnych", skarży się нейрогенетик Simon Fischer, kierujący Instytutem психолингвистики Maxa Plancka w Неймегене, Holandia. "Jesteśmy lekko rozczarowani, pracując tyle lat z tradycyjnymi narzędziami".

Teraz, dzięki niesamowitej technologii DNA, wszystko musi się zmienić.

Około trzydzieści lat temu Паабо zaczął poważnie rozważać radykalną ideę: czy można wyodrębnić DNA z martwej tkanki? Chociaż DNA stosunkowo stabilny w porównaniu z innymi биомолекуламии, takich jak białka, zaczyna szybko się rozpadać po śmierci. Słynna podwójna spirala, starannie смотанная naturą w zwarte struktury, z biegiem czasu jest podzielona na krótsze fragmenty. Zebrać te fragmenty z powrotem w jednolite struktury okazuje się niezwykle trudnym zadaniem, ale w 1985 roku, za pomocą szczątki 2400-letniej mumii, Паабо przekonująco pokazał, że można to osiągnąć.

To otwieranie szeroko распахнуло drzwi paleontologii. Naukowcy przestali być związane tradycyjnej DNA współczesnych, żyjących gatunków; u nich pojawił się potężne narzędzie, które pozwala cofnąć się w czasie i zbadać DNA, przegraną w historii.

Zaślepiony tym pierwotnym sukcesem, Паабо zwrócił się do неандертальцам, tajemniczej gałęzie ludzi, wymarłych ponad 30 000 lat temu. W 2016 roku opublikował pierwszy pełny genom neandertalczyka, шокировав naukowców i społeczeństwa intrygujące wynikiem: od 1 do 6 procent genów neandertalczyków były obecne u osób z Europy, Bliskiego Wschodu i Dalekiego Wschodu. Innymi słowy, w pewnym momencie historii starożytnej nasi przodkowie tańczyli poziome tango ze swoimi neandertalskich kuzynami, a my — bezpośrednie dziedzictwo tych tańca.

"Neandertalczycy zostawili ślad w DNA żyjących dziś ludzi. To jest bardzo fajne. Neandertalczycy nie wyginęli całkowicie", mówił Паабо w tym czasie.

Jego odkrycie doprowadziło do szerszego pytania: w jakim stopniu neandertalczycy nam krewni? Jak współcześni ludzie, te sawanny z szeroką szczęką i wypukłe надбровной łukiem mieszkali w jaskiniach i rysowali na ścianach, tworzyli nakrycia głowy i ozdabiali swoje ciała kwiatami na długo przed tym, jak stopa współczesnych ludzi z nią pogadać w Europie. Jednak one wyginęły, a ludzie dokonywali miliardowa liczby i rozproszyli się po całym globie.

Porównując nasze genomy, grupa Паабо utożsamiał kilka regionów, zawierający zmiany DNA — zmiany, które mogłyby pomóc ludziom dostosować. Wśród nich genomu obszary, które odgrywają rolę w когнитивном rozwoju.

Chociaż nasze szalenie różne losy mogą być nie do końca są związane z różnicami w poznaniu, Паабо uważa, że z tego miejsca byłoby miło zacząć. I dzięki органоидам mózgu teraz może sprawdzić swój pomysł.

Mózgowe kulki

Organelli mózgu nazywane są różnie: cerebralnych sfery, mini-mózg, mózgu organelli. Po raz pierwszy opracowane w 2013 roku, te fantazyjne kulki lub krople mózgu wyglądają bardzo przerażające. Ale ponieważ ich wzrost odzwierciedla rozwój płodu ludzkiego mózgu, te kulki szybko stały się ulubioną zabawką takich neurobiologów.

Przepisy budowy fal mózgowych органоидов są bardzo różne, ale zwykle robią je z komórek macierzystych człowieka. Pod ścisłym nadzorem komórki powoli rozwijają się w zdeformowane fragmenty tkanki mózgowej za pomocą chemicznejzupy. Jak prawdziwy ludzki mózg, większość krople zawierają strukturę podobną do kory mózgowej, pomarszczony warstwa zewnętrzna mózgu, który organizuje funkcje poznawcze wyższego poziomu, takie jak uwaga, język i myśl.

Po upływie odpowiedniej ilości czasu, wewnątrz neuronów mózgowych kulek nabrzmiałe elektrycznej aktywności i podłączyć do sieciom neuronowym sieci, przy czym niektóre połączenia протягиваются przez cały органоид. Te krople nie są "mini-mózg" w tym sensie, że mogą myśleć lub czuć, że nie. Jednak dokładna analiza ich komórek składu i ekspresji genów pokazał zestaw funkcjonalnych neuronowych typów, całkowita praca, która przypomina mózg zarodka drugiego trymestru.

Innymi słowy, mózgowe kulki — idealne kandydaci do nauki w rozwoju mózgu. Od momentu powstania są używane do symulacji autyzmu, schizofrenii i studia wpływ wirusa zeke ' a na mózg płodu.

A teraz, dzięki Паабо, znajdą zastosowanie w paleontologii.

Odrodzenie neandertalczyków

Aby przywrócić cały od genom, naukowcy musieli by zmienić milion genów. Ten ambitny cel w obecnie nie jest możliwe nawet przy użyciu zaawansowanych narzędzi do edycji genomu, takich jak CRISPR.

Zamiast grubej edycji wszystkich неандертальских opcji w ludzkie komórki macierzyste, Паабо wykorzystuje bardziej subtelne podejście: wprowadza tylko trzy kluczowe genu, które różnią się u ludzi i neandertalczyków, a następnie monitoruje wpływ tych genów na rozwój mózgu.

Jest To sprawdzona metoda.

Kilka lat temu, pracując z Виландом Хаттнером, нейробиологом Instytutu molekularnej biologii komórki i genetyki Maxa Plancka, zespół wychowałam mózgowe organelli, wykorzystując leukocyty człowieka i innych naczelnych. Krople mózgu ewoluował kilka tygodni, pozwalając naukowcom na porównanie i jak różni się wzrost komórek u różnych gatunków. Korzystając z żywą mikroskopię, naukowcy odkryli, że komórki człowieka są półtora razy dłuższy niż małpy, aby wyrównać swoje chromosomy przed podziałem na komórki potomne. I to wydłużenie w jakiś sposób pomaga ludziom generować znacznie więcej neural komórki macierzyste, niż naszych najbliższych krewnych wśród naczelnych.

Паабо ma nadzieję znaleźć więcej takich jasnych różnic u неандертальских mini-mózg, ponieważ mogłyby wyjaśnić, dlaczego współcześni ludzie wygrali jak wygląd.

"Najlepszym wynikiem było to, że zmiany genetyczne prowadzą do bardziej ciągłe lub bardziej разветвленному wzrostu neuronów", mówi. "Można by powiedzieć, że jest to biologiczna podstawa do tego, dlaczego nasz mózg funkcjonuje inaczej".

W końcu to dopiero początek nauki ludzkiej wyjątkowości, które stało się to możliwe dopiero teraz.