科学:仅仅一个氨基酸的改变就让人类大脑比尼安德特人更好？

来源：生物世界2022-09-12 17:47

研究发现，一种关键蛋白质——TKTL1中的一种氨基酸的差异，使我们比尼安德特人具有显著优势，并增加了脑神经细胞的产生，这可能是现代人与其他已灭绝的古人类认知差异的基础。

古人类尼安德特人(homo neanderthalensis)20万年前活跃在欧洲。他们从12万年前开始统治整个欧洲、西亚和北非，但令人惊讶的是，在大约3.5万年前，尼安德特人的生活范围开始迅速缩小，最终在大约3万年前彻底灭绝。

值得注意的是，35000年前，正是智人，也就是我们现代人来到欧洲的时候。因此，不难推测，尼安德特人的消失与智人密切相关。

很多学者也认为是智人的到来给尼安德特人带来了灭绝。相比之下，较弱的智人是如何打败较强的尼安德特人，成为智人属中唯一活着的物种的呢？

德国马普分子细胞生物学和遗传学研究所的研究人员在国际顶级学术期刊《科学》上发表了一篇题为《人类TKTL 1暗示现代人类的额新生物比尼安德特人有更大的神经发生》的研究论文。

研究发现，一个关键蛋白质TKTL1中的一个氨基酸的差异使我们比尼安德特人具有显著的优势，并增加了大脑神经细胞的产生，这可能是现代人类和其他灭绝的古代人类之间认知差异的基础。

新皮层是大脑皮层的外部区域，是进化中更高级的大脑结构。人们普遍认为，它赋予我们独特而非凡的认知能力。然而，化石证据表明，尼安德特人的大脑与现代人的大脑大小相似，它们在功能或结构上可能有何不同仍是未知的。

人类大脑(左)和尼安德特人大脑(右)

在Holstein的最新研究中，研究小组将现代人类的基因组序列与尼安德特人和其他类人猿的基因组序列进行了比较。比较结果显示，现代人的TKTL1基因编码一种独特的氨基酸取代。尼安德特人和猿的TKTL1基因中的赖氨酸在人类中被精氨酸取代。

接下来，研究小组研究了TKTL1基因是否在新皮质的发育过程中发挥作用并影响神经祖细胞的数量，以及古代TKTL1基因(aTKTL1)和现代TKTL1基因(hTKTL1)在新皮质发育过程中对神经祖细胞的影响是否相似。

研究了TKTL1基因在小鼠和雪貂的脑和脑器官中的过表达。结果表明，与aTKTL1相比，hTKTL1的过表达产生了更多的基底放射状胶质细胞(bRG ),促进了新皮质神经元的增殖。

而抑制hTKTL1在人胎儿新皮层和脑器官中的表达，或者用aTKTL1替代hTKTL1，会导致bRG和神经元产生的减少。

研究小组表示，这项研究的结果证实了现代人类一个基因的单个特定氨基酸取代在新大脑皮层发育过程中对神经祖细胞的丰度起到了控制作用。提示尼安德特人和现代人大脑皮层神经祖细胞的组成存在差异。

在人类中，TKTL1基因编码转酮醇酶样蛋白1，这是一种参与乙酰辅酶a代谢途径的酶，用于脂肪酸生产。然而，基底放射状胶质细胞(bRG)需要大量的脂肪酸，因此现代人类TKTL1基因促进了bRG的增殖。这种机制可能代表了古代人类和现代人类之间大脑进化的关键驱动力。

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