Gli scienziati hanno scoperto un difetto nel nostro DNA che potrebbe aver contribuito a separare le menti dei nostri antenati da quelle dei Neanderthal e di altri parenti estinti.
La mutazione, che ha avuto origine nelle ultime centinaia di migliaia di anni, stimola lo sviluppo di più neuroni nella parte del cervello che utilizziamo per le nostre forme di pensiero più complesse, secondo un nuovo rapporto. studia Pubblicato su Science giovedì.
“Quello che abbiamo trovato è un gene che contribuisce sicuramente a renderci umani”, ha affermato Welland Huttner, neuroscienziato del Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics di Dresda, in Germania, e uno degli autori dello studio.
Il cervello umano ci permette di fare cose che altri esseri viventi non possono fare, come usare un linguaggio perfetto e fare progetti complessi per il futuro. Per decenni, gli scienziati hanno confrontato l’anatomia del nostro cervello con quella di altri mammiferi per capire come si sono evolute quelle sofisticate facoltà.
La caratteristica più ovvia del cervello umano è la sua dimensione: quattro volte quella degli scimpanzé, il nostro parente vivente più prossimo.
Il nostro cervello ha anche caratteristiche anatomiche distinte. L’area della corteccia dietro i nostri occhi, nota come lobo frontale, è essenziale per alcuni dei nostri pensieri più complessi. secondo Studio dal 2018il lobo frontale umano contiene molti più neuroni rispetto alla stessa area degli scimpanzé.
Ma confrontare gli esseri umani con le scimmie viventi ha un grave difetto: il nostro antenato comune più recente visse con gli scimpanzé quasi sette milioni di anni fa. Per completare ciò che è accaduto da allora, gli scienziati hanno dovuto rivolgersi ai fossili dei nostri antenati più recenti, noti come ominidi.
Dopo aver esaminato i teschi degli ominidi, i paleoantropologi hanno scoperto che i cervelli dei nostri antenati Un aumento significativo Una dimensione iniziata circa due milioni di anni fa. Hanno raggiunto le dimensioni di esseri umani viventi circa 600.000 anni fa. I Neanderthal, tra i nostri parenti ominidi estinti più vicini, avevano un cervello grande quanto il nostro.
Ma il cervello dei Neanderthal era allungato, mentre gli umani hanno a Più sferico. Gli scienziati non possono determinare la causa di queste differenze. Una possibilità è che diverse regioni del cervello dei nostri antenati abbiano cambiato dimensioni.
Negli ultimi anni, i neuroscienziati hanno iniziato a studiare cervelli antichi con una nuova fonte di informazioni: frammenti di DNA conservati all’interno di fossili di ominidi. I genetisti hanno ricostruito interi genomi di Neanderthal Oltre ai loro cugini orientali, i Denisova.
Gli scienziati si sono concentrati sulle differenze potenzialmente cruciali tra i nostri genomi e i genomi dei Neanderthal e dei Denisoviani. Il DNA umano contiene circa 19.000 geni. Le proteine codificate da questi geni corrispondono per lo più a quelle che si trovano nei Neanderthal e nei Denisoviani. Ma i ricercatori hanno scoperto 96 mutazioni specifiche per l’uomo che hanno alterato la struttura della proteina.
Nel 2017, Anneline Pinson, una ricercatrice nel laboratorio del Dr. Huttner, stava esaminando questo elenco di mutazioni e ha notato una mutazione che alterava un gene chiamato TKTL1. Gli scienziati sanno che TKTL1 diventa attivo nella corteccia umana in via di sviluppo, in particolare nel lobo frontale.
“Sappiamo che il lobo frontale è importante per la funzione cognitiva”, ha affermato il dottor Benson. “Quindi è stato un buon suggerimento che potrebbe essere un candidato interessante”.
Il Dr. Benson e colleghi hanno condotto esperimenti preliminari con TKTL1 in topi e roditori. Dopo aver iniettato la versione umana del gene nel cervello degli animali in via di sviluppo, hanno scoperto che induceva i topi e i roditori a produrre più neuroni.
Successivamente, i ricercatori hanno condotto esperimenti su cellule umane, utilizzando parti di tessuto cerebrale fetale ottenute grazie al consenso di donne che avevano abortito in un ospedale di Dresda. Usa il dottor Benson forbici molecolari Per troncare il gene TKTL1 dalle cellule nei campioni di tessuto. Senza di essa, il tessuto cerebrale umano produce meno cellule cosiddette progenitrici che danno origine ai neuroni.
Nel loro esperimento finale, i ricercatori hanno deciso di creare un file Miniatura come un cervello di Neanderthal. Hanno iniziato con una cellula staminale embrionale umana e hanno modificato il gene TKTL1 in modo che non avesse la mutazione umana. Invece, portava la mutazione trovata nei nostri parenti, inclusi i Neanderthal, gli scimpanzé e altri mammiferi.
Quindi hanno posto la cellula staminale in un bagno di sostanze chimiche che l’hanno spinta a trasformarsi in una massa di tessuto cerebrale in via di sviluppo, chiamata organoide cerebrale. Ha generato cellule cerebrali originali, che hanno poi prodotto una corteccia cerebrale in miniatura composta da strati di neuroni.
L’organoide cerebrale simile a Neanderthal ha prodotto meno neuroni dell’organoide con la versione umana di TKTL1. Ciò indica che quando il gene TKTL1 è mutato, i nostri antenati possono produrre neuroni aggiuntivi nel lobo frontale. Sebbene questo cambiamento non abbia aumentato le dimensioni complessive del nostro cervello, potrebbe aver riorganizzato il suo cablaggio.
“Questo è davvero un viaggio di forza”, ha detto Laurent Nguyen, neuroscienziato dell’Università di Liegi in Belgio, che non è stato coinvolto nello studio. “È straordinario che un cambiamento così piccolo abbia un impatto significativo sulla produzione di neuroni”.
La nuova scoperta non significa che TKTL1, da solo, fornisca il segreto di ciò che ci rende umani. Altri ricercatori stanno anche esaminando l’elenco di 96 mutazioni che modificano le proteine e stanno conducendo esperimenti propri.
Lo hanno riferito altri membri del laboratorio del dottor Huttner nel mese di luglio Altre due mutazioni alterano la velocità con cui si dividono le cellule cerebrali in via di sviluppo. l’anno scorsoun team di ricercatori dell’Università della California a San Diego ha scoperto che un’altra mutazione sembra cambiare il numero di connessioni che i neuroni umani creano tra loro.
Altre mutazioni possono anche essere importanti per il nostro cervello. Ad esempio, mentre la corteccia si sviluppa, i singoli neuroni devono migrare per trovare la loro giusta nicchia. Il Dr. Nguyen ha osservato che alcune delle 96 mutazioni uniche nell’uomo sono geni alterati che possono essere coinvolti nella migrazione cellulare. Egli ipotizza che le nostre mutazioni potrebbero far muovere i nostri neuroni in modo diverso dai neuroni nel cervello di Neanderthal.
“Non credo che sia la fine della storia”, ha detto. “Penso che sia necessario più lavoro per capire cosa ci rende umani in termini di sviluppo del cervello”.
