Różnica tylko jednego aminokwasu sprawiła, że w mózgu Homo sapiens powstaje więcej neuronów niż u neandertalczyka

W tym artykule:

1. Liczy się nie tylko wielkość mózgu
2. Tylko jeden aminokwas różni nas od neandertalczyków
3. Jak rozwijają się mózgi z białkiem neandertalczyków?

Czy ludzie współcześni mają największe mózgi wśród człowiekowatych? Wydawałoby się, że to oczywiste. Żyjący w XXI wieku Homo sapiens mają mózgi o objętości wynoszącej średnio 1350 cm³. Jednak nie jest to wcale rekord dla rodzaju Homo.

Większe mózgi mogli mieć już pierwsi neandertalczycy. W 1978 r. w Niemczech odkryto jedną z pierwszych pozostałości po neandertalczykach. Na terenie żwirowni znaleziono fragmenty prastarej czaszki, której wiek oceniono na 200 tys. lat.

Jak oszacowano rozmiary mózgu, który mieściła? „Badacze stworzyli silikonową formę wnętrza czaszki, a następnie zanurzyli ją w wodzie, by oszacować wyporność” – piszą Dimitra Papagiani i Michael A. Moore w niedawno wydanej książce „Neandertalczyk odkryty na nowo”.

Nowe badanie: homo sapiens i neandertalczyków łączył międzygatunkowy seks

Sformułowanie “dziki seks” nabrało właśnie nowego znaczenia – najnowsze badania genomów wykazały, że ludzie i neandertalczycy na terenie Eurazji często ze sobą spółkowali. Jako lud...

„Na podstawie kilku kolejnych prób przeprowadzonych z różnymi wariantami czaszki ostatecznie wyznaczono średnią pojemność na 1430 mililitrów. To największy mózg z tamtego okresu znaleziony gdziekolwiek na świecie. Później neandertalskie mózgi jeszcze urosły” – dodają badacze. Szacuje się, że ich pojemność mogła sięgać nawet 1700 cm³.

Liczy się nie tylko wielkość mózgu

Porównywanie objętości mózgów jest jednak zajęciem frapującym. Gdy oceniamy szeroko rozumiane możliwości umysłowe danego gatunku, liczy się nie tylko wielkość, ale i struktura mózgu. A także – być może przede wszystkim – liczba komórek nerwowych, które budują najnowsze ewolucyjnie części mózgu, takie jak kora czołowa.

I tutaj między mózgami ludzi współczesnych a mózgami neandertalczyków istnieją znaczące różnice. Wykazali to naukowcy z Instytutu Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki im. Maksa Plancka w Dreźnie. W artykule opublikowanym w prestiżowym czasopiśmie „Science” opisali badania z użyciem tzw. minimózgów. To hodowane w laboratorium organoidy, które pozwalają analizować wczesne etapy rozwoju poszczególnych organów.

Tylko jeden aminokwas różni nas od neandertalczyków

Naukowcy skupili się na białku TKTL 1 (ang. transketolase-like 1). Jest ono szczególnie aktywne w korze czołowej mózgu w czasie jego rozwoju w okresie płodowym. Znaleziono je w komórkach prekursorowych kory nowej. To typ komórek, z których następnie rozwijają się komórki nerwowe tworzące określoną część mózgu.

Co ciekawe, białko TKTL 1 należy do niewielkiej grupy białek, których budowa u ludzi i u neandertalczyków jest inna. U ludzi białko TKTL 1 zawiera aminokwas argininę, podczas gdy u neandertalczyków w tym samym miejscu białka znajduje się lizyna. Ta na pozór niewielka różnica ma jednak dla obu gatunków gigantyczne znaczenie.

Jak rozwijają się mózgi z białkiem neandertalczyków?

Naukowcy pracowali najpierw z embrionami myszy. Do mózgów części z nich wstrzyknęli ludzką, a drugiej części – neandertalską wersję białka TKTL 1. Okazało się, że u myszy z ludzką wersją proteiny pojawiło się więcej komórek prekursorowych w mózgu. Ostatecznie miały też więcej neuronów.

Jak bardzo zmienił się ludzki mózg przez 160 tys. lat? Prawie wcale. Co innego czaszki

Ludzki mózg fascynuje nie tylko naukowców, ale też amatorów. W końcu to najbardziej złożony narząd w naszym organizmie. Czy współcześnie jest większy niż u Homo sapiens?

Następnie badacze wykorzystali organoidy – czyli laboratoryjne minimózgi Homo sapiens. Tym razem użyli ludzkiego białka TKTL 1, w którym zamienili argininę na lizynę. Okazało się, że w mózgach z białkiem zawierającym „neandertalski” aminokwas powstawało mniej komórek prekursorowych. A w konsekwencji – mniej neuronów.

– Ne wiemy, ile dokładnie neuronów miały mózgi neandertalczyków. Jednak możemy założyć, że ludzie współcześni mają ich więcej niż neandertalczycy w korze czołowej, gdzie białko TKTL 1 jest najaktywniejsze – mówi Anneline Pinson, główna autorka badań.

– Kusi spekulowanie, że to właśnie sprzyjało rozwinięciu się ludzkich zdolności poznawczych związanych z korą czołową – dodaje Wieland Huttner. To neurolog i biochemik, jeden z założycieli Instytutu Molekularnej Biologii Komórki i Genetyki im. Maxa Plancka, który nadzorował badania.

Źródła: EurekAlert, Science.

Nasz ekspert

Magdalena Salik

Dziennikarka naukowa i pisarka, przez wiele lat sekretarz redakcji i zastępczyni redaktora naczelnego magazynu „Focus". Wcześniej redaktorka działu naukowego „Dziennika. Polska, Europa, Świat”. Pasjami czyta i pisze, miłośniczka literatury popularnonaukowej i komputerowych gier RPG. Więcej: magdalenasalik.wordpress.com