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來自馬克斯-普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所（MPI-CBG）的科學(xué)家們發(fā)現(xiàn)，蛋白質(zhì)TKTL1的現(xiàn)代人類變體與尼安德特人的變體只有一個(gè)氨基酸的差異，它增加了現(xiàn)代人類大腦中一種特定類型的腦祖細(xì)胞，稱為基底放射狀膠質(zhì)?；追派錉钅z質(zhì)細(xì)胞在發(fā)育中的新皮層中產(chǎn)生大部分的神經(jīng)元，而新皮層是大腦的一部分，對(duì)許多認(rèn)知能力至關(guān)重要。由于TKTL1的活性在胎兒人腦的額葉中特別高，科學(xué)家們得出結(jié)論，TKTL1中這種單一的人類特有的氨基酸替換是現(xiàn)代人在發(fā)育中的新皮層額葉中產(chǎn)生比尼安德特人更多的神經(jīng)元的基礎(chǔ)。

在現(xiàn)代人和我們的已滅絕的近親尼安德特人和丹尼索瓦人之間，僅有少數(shù)蛋白質(zhì)的氨基酸序列存在差異--蛋白質(zhì)的構(gòu)建塊。這些差異對(duì)于現(xiàn)代人類大腦的發(fā)展有什么生物學(xué)意義，在很大程度上是未知的。事實(shí)上，現(xiàn)代人和尼安德特人的特點(diǎn)是大腦，特別是新皮質(zhì)的大小相似，但這種相似的新皮質(zhì)大小是否意味著相似的神經(jīng)元數(shù)量仍不清楚。

馬克斯-普朗克分子細(xì)胞生物學(xué)和遺傳學(xué)研究所（MPI-CBG）的創(chuàng)始人之一Wieland Huttner研究小組的最新研究正是針對(duì)這一問題。這項(xiàng)研究是與馬克斯-普朗克進(jìn)化人類學(xué)研究所主任Svante P??bo和德累斯頓大學(xué)醫(yī)院的Pauline Wimberger及其同事合作進(jìn)行的。

科學(xué)家們專注于這些蛋白質(zhì)中的一個(gè)，與尼安德特人相比，基本上所有的現(xiàn)代人都出現(xiàn)了一個(gè)氨基酸變化，即蛋白質(zhì)transketolase-like 1（TKTL1）。具體來說，在現(xiàn)代人中，TKTL1在有關(guān)的序列位置上含有一個(gè)精氨酸，而在尼安德特人的TKTL1中，它是相關(guān)的氨基酸賴氨酸。在胎兒的人類新皮層中，TKTL1在新皮層祖細(xì)胞中被發(fā)現(xiàn)，所有皮層神經(jīng)元都是從這些細(xì)胞中產(chǎn)生的。值得注意的是，TKTL1的水平在額葉的祖細(xì)胞中是最高的。

該研究的主要作者、Wieland Huttner小組的研究員Anneline Pinson著手研究這一個(gè)氨基酸變化對(duì)新皮質(zhì)發(fā)育的意義。Anneline和她的同事將TKTL1的現(xiàn)代人類或尼安德特人變體引入小鼠胚胎的新皮質(zhì)中。他們觀察到，基底放射狀膠質(zhì)細(xì)胞，即被認(rèn)為是增大大腦的驅(qū)動(dòng)力的那種新皮層祖細(xì)胞，在TKTL1的現(xiàn)代人類變體中有所增加，而在尼安德特人變體中則沒有。因此，帶有現(xiàn)代人類TKTL1的小鼠胚胎的大腦含有更多的神經(jīng)元。

此后，研究人員探討了這些影響與人類大腦發(fā)育的相關(guān)性。為此，他們利用人腦器官，用尼安德特人TKTL1特有的賴氨酸取代了現(xiàn)代人TKTL1中的精氨酸。這些是微型的器官樣結(jié)構(gòu)，可以在實(shí)驗(yàn)室的細(xì)胞培養(yǎng)皿中從人類干細(xì)胞中培養(yǎng)出來，并模仿人類早期大腦發(fā)育的各個(gè)方面。

“我們發(fā)現(xiàn)，在TKTL1中使用尼安德特人類型的氨基酸時(shí)，產(chǎn)生的基底放射狀膠質(zhì)細(xì)胞比使用現(xiàn)代人類型的要少，因此，產(chǎn)生的神經(jīng)元也更少，”Anneline Pinson說。“這向我們表明，盡管我們不知道尼安德特人的大腦有多少神經(jīng)元，但我們可以假設(shè)現(xiàn)代人在TKTL1活性最高的大腦額葉有比尼安德特人更多的神經(jīng)元?！?/p>

研究人員還發(fā)現(xiàn)，現(xiàn)代人的TKTL1通過改變代謝發(fā)揮作用。具體而言，刺激磷酸戊糖途徑，然后增加脂肪酸的合成。通過這種方式，現(xiàn)代人TKTL1被認(rèn)為增加了某些膜脂質(zhì)的合成，這些膜脂質(zhì)是生成基底放射狀膠質(zhì)細(xì)胞的長(zhǎng)過程，刺激了它們的增殖，因此增加了神經(jīng)元的生產(chǎn)。

“這項(xiàng)研究暗示，現(xiàn)代人在胎兒發(fā)育過程中新皮質(zhì)的神經(jīng)元產(chǎn)量比尼安德特人要大，特別是在額葉，”監(jiān)督這項(xiàng)研究的Wieland Huttner總結(jié)說?！昂苋菀淄茰y(cè)這促進(jìn)了與額葉相關(guān)的現(xiàn)代人類認(rèn)知能力。”