Парадокс человеческого мозга: почему мы умнее шимпанзе, и при чем тут специализация клеток?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Рассуждения | Наука и космос

Наш мозг — это не просто увеличенная версия мозга примата. Это сложная, тонко настроенная система, которая ставит нас на вершину эволюционной лестницы. Но как именно он стал таким особенным, если мы делим большую часть нашего генетического кода с шимпанзе? Ученые долгое время полагали, что ключом к разгадке являются сами гены. Однако все больше данных указывает на то, что дело не столько в самих генах, сколько в том, как они работают.

Гены — это только начало истории

Каждый ген — это инструкция для создания определенной молекулы, но эта инструкция не выполняется напрямую. Вместо этого с гена «считывается» копия — матричная РНК (мРНК), которая и направляет клеточные механизмы. Именно количество мРНК, производимой геном, определяет его активность, или, как говорят ученые, его «экспрессию».

Мозг человеческий, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Раньше считалось, что главные различия между людьми и шимпанзе кроются в различиях геномов. Но сравнения показали, что мы на 99% совпадаем по набору генов. Тогда возникла идея, что главное различие — в том, как эти гены используются. Представьте себе бабочку монарха: гусеница и взрослая бабочка имеют один и тот же набор генов, но совершенно разные формы и образ жизни. Это как раз и достигается за счет разной экспрессии генов. Включение или выключение определенных генов, а также их активность могут кардинально изменить организм.

Разгадывая мозаику мозга

Изучение различий в экспрессии генов между людьми и шимпанзе — непростая задача, потому что мозг состоит из множества разных типов клеток. До недавнего времени ученые были вынуждены анализировать большие объемы тканей, в которых эти клетки смешаны. Но сейчас появились методы, позволяющие изучать отдельные ядра клеток. Это революционное достижение позволило исследователям заглянуть в микромир и понять, как работают отдельные типы клеток и даже их подтипы.

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре провели масштабное исследование, сравнив экспрессию генов в клетках мозга человека, шимпанзе и макаки. Они разделили ядра клеток, выделили разные типы и сравнили количество мРНК, производимой каждым геном в каждом типе клеток у трех видов. Удивительно, но они обнаружили, что у человека гораздо больше генов, которые работают более активно по сравнению с шимпанзе. И что самое интересное — эти различия были более выражены, когда ученые анализировали отдельные типы клеток и их подтипы.

Выраженные регуляторные эволюции человека из шести основных типов клеток двух областей мозга (A) PCC и (B) dlPFC. По оси Y показаны доли повышающих и понижающих регуляцию DEG среди экспрессируемых генов в каждом типе клеток. Мы наблюдаем большее количество повышающих и понижающих регуляцию генов у человека по сравнению с шимпанзе. CI рассчитаны на основе бутстреппинга (Методы, здесь и далее см. ориг. исследование). Цитирование: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi, Accelerated cell-type-specific regulatory evolution of the human brain, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (52) e2411918121, https://doi.org/10.1073/pnas.2411918121 (2024).
Автор: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi Источник: www.pnas.org
Специализация, а не простое увеличение

На первый взгляд, это может показаться просто увеличением общей активности генов, но на самом деле, происходит более тонкий процесс. Оказывается, что эволюция направлена на специализацию, а не только на увеличение количества. Разные типы клеток мозга пошли по своим собственным эволюционным путям, становясь все более и более специализированными. Вроде бы, парадокс. Увеличение количества нейронов само по себе не делает мозг умнее, скорее, как раз специализация и обеспечивает большую эффективность.

И тут, кстати, возникает вопрос: а кто важнее — нейроны или глиальные клетки? Нейроны отвечают за передачу информации, как электрические провода, а глиальные клетки — это «обслуживающий персонал», обеспечивающий их поддержку, изоляцию и питание. Раньше считалось, что нейроны — это главное, но сейчас становится ясно, что глиальные клетки играют не менее важную роль. У людей, например, глиальных клеток больше, чем у шимпанзе, и именно они, как выясняется, показывают наибольшие различия в экспрессии генов. Особенно выделяются олигодендроциты — клетки, которые создают изоляцию нейронов, что позволяет им работать быстрее и эффективнее. Эти клетки, возможно, играют ключевую роль в невероятной пластичности и медленном развитии человеческого мозга.

Геномные, эпигеномные и эволюционные особенности ДЭГ. Мы сравнили распределения различных признаков между ДЭГ и не-ДЭГ с помощью теста Манна-Уитни и скорректировали множественное тестирование по методу Бенджамина-Хохберга.В каждой ячейке показаны скорректированные P-значения для двух исследований (цветовой градиент показан справа). Верхняя часть ячейки представляет исследование dlPFC, нижняя — PCC, а звездочка указывает на скорректированный по FDR Q < 0,1 по методу Беньямина-Хохберга. Цитирование: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi, Accelerated cell-type-specific regulatory evolution of the human brain, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (52) e2411918121, https://doi.org/10.1073/pnas.2411918121 (2024).
Автор: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi Источник: www.pnas.org
Что дальше?

Это исследование — лишь один маленький шаг в долгом пути познания человеческого мозга. Ученые планируют изучить экспрессию генов в разных областях мозга и у других видов животных, а также сравнить наши гены с генами древних людей, таких как неандертальцы и денисовцы.

Наше понимание эволюции мозга становится все более сложным. Главный вывод из этого исследования, наверное, в том, что дело не только в самих генах, но и в том, как они взаимодействуют, в их тонкой настройке и специализации. И что эволюция человеческого мозга — это не просто увеличение его размеров, а целый комплекс эволюционных изменений, которые работают в гармонии. Наш мозг — это не просто компьютер, это симфония, где каждый инструмент играет свою уникальную, незаменимую партию.

2 комментария

S
Существует реальная научная работа по исследованию ДНК человеческого мозга. В каждых частях мозга был набор различных цепочек аминокислот, т.е. ДНК различалось. Оно было не только человека. Возможно для этого и есть ГЭБ, чтобы не было отторжения
Е
Существует реальная научная работа по исследованию ДНК человеческого мозга. В каждых частях мозга был набор различных цепочек аминокислот, т.е. ДНК различалось. Оно было не только человека. Возможно для этого и есть ГЭБ, чтобы не было отторжения

А поподробнее. Ссылочку или кто где и что исследовал?

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Для чего на клавиатуре клавиши «F» и «J» имеют выпуклость?

Если вы используете клавиатуру, наверняка замечали небольшие выпуклости на клавишах «F» и «J». Эти маленькие выступы кажутся незначительной деталью, но они играют важную роль в удобстве работы за...

Обзор вертикального пылесоса Harper HVC-VR02

Благодаря аккумуляторным вертикальным пылесосам, процесс уборки становится не только эффективным, но и поистине приятным занятием. В этом обзоре предлагаю ознакомиться с вертикальным пылесосом...

Обзор мониторной лампы Xiaomi Display Light Lamp с пультом: управляем подсветкой с комфортом

Знаю многих людей, которые, проводя много времени за компьютером, устанавливают себе на монитор лампу подсветки. Поработав несколько часов с таким осветительным прибором, понял насколько это...

Как оживить картинку? Бесплатные ИИ-инструменты для создания анимаций

Сложно сказать, в какую из сфер еще не пробовали внедрять искусственный интеллект. Дизайнеры и все, кто работает с графическими изображениями, а также видео, особенно чувствуют появление...

Мог ли человек победить тираннозавра в армрестлинге? Палеонтологический разбор

Представьте себе: арена, рев толпы, напряжение висит в воздухе. Но вместо привычных атлетов на помост выходит… человек и тиранозавр. Нет, это не начало научно-фантастического фильма, а...

Обзор обновленной электронной книги ОНИКС БУКС Беринг 5

Чтобы выделить локальную линейку своих электронных книг, компания ONYX International Inc провела небольшой ребрендинг и теперь все произведенные для российского рынка устройства будут продаваться...