Jedną z najbardziej charakterystycznych cech współczesnego człowieka, odróżniającą go od pozostałych naczelnych, jest kulisty kształt czaszki i mózgu. Naukowcy od lat próbują ustalić, w jaki sposób gatunek Homo sapiens ewoluował i jak zmieniające się geny wpływały na pojawianie się konkretnych cech fenotypowych. Badacze z niemieckiego Instytutu Antropologii Ewolucyjnej Maxa Plancka i holenderskiego Instytutu Psycholingwistyki Maxa Plancka skupili się na zależnościach między kształtem mózgu a obecnością określonych fragmentów DNA u ludzi współczesnych.

“Naszym celem była identyfikacja potencjalnych genetycznych kandydatów i ścieżek, które związane są z okrągłym kształtem czaszki – mówi Amanda Tilot z Instytutu Psycholingwistyki Maxa Plancka, współautor badania.”

Wiadomo, iż w genomach ludzi żyjących współcześnie na terenie Europy znajdują się fragmenty pochodzące od neandertalczyków, będące pamiątką z okresu, w którym te dwa gatunki krzyżowały się ze sobą. Szacuje się, że łącznie w DNA Homo sapiens znajdują się sekwencje stanowiące ok. 40% genomu Homo neanderthalensis. W ramach badania naukowcy zebrali próbki DNA od niemal 4500 osób pochodzenia europejskiego, wykonali też skany MRI i CT ich mózgów. Informacje o kształcie mózgu neandertalczyków pochodzą z badań znalezionych czaszek – wewnętrzna powierzchnia mózgoczaszki dokładnie odzwierciedla wygląd zewnętrznej powierzchni mózgowia. Przeanalizowano także dostępne wyniki sekwencjonowania neandertalskiego genomu.

Badacze postawili hipotezę, iż kształt mózgu jest uwarunkowany genetycznie. U neandertalczyków, mimo pewnych podobieństw do ludzi współczesnych w kształcie twarzoczaszki, część okrywająca mózg jest wydłużona. Zmiana obserwowana u Homo sapiens, która doprowadziła do zmiany tego kształtu na bardziej okrągły, musiała wiązać się z reorganizacją budowy samego mózgu, gdyż to właśnie rozwój tego narządu stanowi w okresie zarodkowym główny czynnik wpływający na kształt mózgoczaszki. Choć analiza przygotowanych komputerowo “odcisków” wnętrza czaszek neandertalczyków pozwala zdobyć ogólny pogląd na wygląd ich mózgu, metoda ta ma pewne spore ograniczenia – umożliwia wizualizację jedynie zewnętrznej powierzchni, bez wglądu w głębszą strukturę poszczególnych części mózgowia, które musiały ulec pewnej reorganizacji, by mózg ludzi współczesnych mógł przyjąć taki a nie inny kształt. Zmiany najprawdopodobniej dotyczyły szczególnie móżdżku, płatów potylicznych i ciemieniowych, kory przedczołowej oraz – jak przypuszczają naukowcy – struktur podkorowych.

Ponieważ wyniki analizy kształtu czaszki u ludzi współczesnych i neandertalczyków nie pokrywały się ze sobą, naukowcy uczynili założenie, że w pierwszej z tych grup obecność pewnych neandertalskich alleli będzie wiązała się z większym wydłużeniem mózgoczaszki. Analizy DNA wykazały, że leżą one u Homo sapiens na chromosomach 1 i 18. Choć zidentyfikowane SNP znajdują się poza regionami kodującymi białka, nie jest wykluczone, że wpływają na ekspresję genów leżących w ich bliskim sąsiedztwie. Wykazano, że obecność neandertalskich alleli wpływa na poziom enzymów UBR4 i PHLPP1, których geny także obecne są na tych samych chromosomach.

“Dzięki innym badaniom wiemy, że całkowite przerwanie UBR4 lub PHLPP1 może mieć poważne konsekwencje dla rozwoju mózgu – mówi Simon Fisher z Instytutu Psycholingwistyki Maxa Plancka, współautor badania. – Teraz stwierdziliśmy, że u nosicieli pochodzącego od neandertalczyków fragmentu UBR4 jest nieco mniej aktywny w skorupie. U nosicieli neandertalskiego fragmentu PHLPP1 ekspresja genu jest nieco wyższa w móżdżku, co prawdopodobnie ma działanie tłumiące mielinizację móżdżku.”

Wiadomo, że oba te obszary mózgowia otrzymują bezpośrednie informacje z kory ruchowej i uczestniczą w planowaniu, koordynacji i uczeniu się ruchów. Skorupa, wchodząca w skład jąder podstawnych, bierze też udział w procesach poznawczych, takich jak planowanie, uwaga, przyswajanie nowych umiejętności, a potencjalnie także w ewolucji mowy i języka. Wydaje się więc, że naukowcy wpadli na trop zmian, które stanowią podstawę charakterystycznych cech gatunku Homo sapiens. Podkreślają jednak, że wykryte różnice są niezwykle subtelne i możliwe do wychwycenia jedynie w bardzo dużych próbach. Zespół pracuje obecnie nad rozszerzeniem skali badań i planuje zbadanie dziesiątek tysięcy osób. Takie badanie przesiewowe powinno bowiem umożliwić znalezienie dodatkowych alleli, których obecność byłaby związana ze zmianami w kształcie czaszki, a tym samym – także w strukturze samego mózgu.

“Obecność neandertalskich wariantów prowadzi do niewielkich zmian w aktywności genów i popychają ludzi w kierunku mniej kulistego kształtu mózgu. To jest nasz pierwszy rzut oka na molekularne podstawy tego fenomeny, który prawdopodobnie obejmuje też wiele innych genów – mówi Simon Fisher. – Interdyscyplinarne podejście, które opracowaliśmy dla tego badania, może zostać zastosowane szerzej, w odniesieniu do nierozwiązanych kwestii dotyczących ewolucji ludzkiego mózgu.”

Bibliografia:
Gunz P., Tilot A.K., Wittfeld K., Teumer A., Shapland C.Y., van Erp T.G.M., Dannemann M., Vernot B., Neubauer S., Guadalupe T., Fernández G., Brunner H.G., Enard W., Fallon J., Hosten N., Völker U., Profico A., Di Vincenzo F., Manzi G., Kelso J., St. Pourcain B., Hublin J.J. Franke B., Pääbo S., Macciardi F., Grabe H.J., Fisher S.E. Neandertal Introgression Sheds Light on Modern Human Endocranial Globularity. Current Biology, 2018

Dodaj komentarz