Apa yang membuat otak Anda berbeda dari Neanderthal?

Para ilmuwan telah menemukan cacat pada DNA kita yang mungkin telah membantu memisahkan pikiran nenek moyang kita dari pikiran Neanderthal dan kerabat punah lainnya.

Mutasi, yang berasal dari ratusan ribu tahun terakhir, merangsang perkembangan lebih banyak neuron di bagian otak yang kita gunakan untuk bentuk pemikiran kita yang lebih kompleks, menurut sebuah laporan baru. belajar Diterbitkan di Science pada hari Kamis.

“Apa yang kami temukan adalah satu gen yang pasti berkontribusi untuk menjadikan kita manusia,” kata Welland Huttner, ahli saraf di Institut Max Planck untuk Biologi dan Genetika Sel Molekuler di Dresden, Jerman, dan salah satu penulis studi tersebut.

Otak manusia memungkinkan kita melakukan hal-hal yang tidak dapat dilakukan makhluk hidup lain, seperti menggunakan bahasa yang sempurna dan membuat rencana yang rumit untuk masa depan. Selama beberapa dekade, para ilmuwan telah membandingkan anatomi otak kita dengan mamalia lain untuk memahami bagaimana kemampuan canggih itu berevolusi.

Fitur yang paling jelas dari otak manusia adalah ukurannya – empat kali ukuran simpanse, kerabat terdekat kita yang masih hidup.

Otak kita juga memiliki fitur anatomi yang berbeda. Area korteks di belakang mata kita, yang dikenal sebagai lobus frontal, sangat penting untuk beberapa pemikiran kita yang paling kompleks. berdasarkan Belajar dari 2018lobus frontal manusia mengandung lebih banyak neuron daripada area yang sama pada simpanse.

Tetapi membandingkan manusia dengan kera hidup memiliki kelemahan serius: Nenek moyang kita yang paling baru hidup dengan simpanse hampir tujuh juta tahun yang lalu. Untuk mengisi apa yang telah terjadi sejak itu, para ilmuwan harus beralih ke fosil nenek moyang terbaru kita, yang dikenal sebagai hominin.

Setelah memeriksa tengkorak hominin, ahli paleoantropologi menemukan bahwa otak nenek moyang kita Peningkatan yang signifikan Sebuah ukuran yang dimulai sekitar dua juta tahun yang lalu. Mereka mencapai ukuran manusia hidup sekitar 600.000 tahun yang lalu. Neanderthal, di antara kerabat hominin terdekat kita yang telah punah, memiliki otak sebesar otak kita.

Tapi otak Neanderthal memanjang, sementara manusia memiliki Lebih bulat. Para ilmuwan tidak dapat menentukan penyebab perbedaan ini. Salah satu kemungkinannya adalah bahwa daerah yang berbeda dari otak nenek moyang kita berubah ukurannya.

Dalam beberapa tahun terakhir, ahli saraf telah mulai menyelidiki otak purba dengan sumber informasi baru: potongan DNA yang diawetkan dalam fosil hominin. Ahli genetika telah merekonstruksi seluruh genom Neanderthal Serta sepupu timur mereka, Denisova.

Para ilmuwan telah berfokus pada perbedaan yang berpotensi penting antara genom kita dan genom Neanderthal dan Denisovan. DNA manusia mengandung sekitar 19.000 gen. Protein yang dikodekan oleh gen tersebut sebagian besar cocok dengan yang ditemukan pada Neanderthal dan Denisovan. Tetapi para peneliti menemukan 96 mutasi spesifik manusia yang mengubah struktur protein.

Pada tahun 2017, Anneline Pinson, seorang peneliti di lab Dr. Huttner, melihat daftar mutasi ini dan melihat mutasi yang mengubah gen yang disebut TKTL1. Para ilmuwan telah mengetahui bahwa TKTL1 menjadi aktif di korteks manusia yang sedang berkembang, terutama di lobus frontal.

“Kita tahu bahwa lobus frontal penting untuk fungsi kognitif,” kata Dr. Benson. “Jadi itu adalah petunjuk bagus bahwa dia bisa menjadi kandidat yang menarik.”

Dr Benson dan rekan melakukan percobaan awal dengan TKTL1 pada tikus dan hewan pengerat. Setelah menyuntikkan gen versi manusia ke dalam otak hewan yang sedang berkembang, mereka menemukan bahwa hal itu menyebabkan tikus dan hewan pengerat menghasilkan lebih banyak neuron.

Selanjutnya, para peneliti melakukan eksperimen pada sel manusia, menggunakan bagian jaringan otak janin yang diperoleh melalui persetujuan dari wanita yang mengalami keguguran di rumah sakit Dresden. Gunakan Dr. Benson gunting molekul Untuk memotong gen TKTL1 dari sel dalam sampel jaringan. Tanpa itu, jaringan otak manusia menghasilkan lebih sedikit apa yang disebut sel progenitor yang memunculkan neuron.

Dalam percobaan terakhir mereka, para peneliti mulai membuat file Miniatur seperti otak Neanderthal. Mereka mulai dengan sel induk embrionik manusia, dan memodifikasi gen TKTL1 sehingga tidak akan mengalami mutasi manusia. Sebaliknya, ia membawa mutasi yang ditemukan pada kerabat kita, termasuk Neanderthal, simpanse, dan mamalia lainnya.

Kemudian mereka menempatkan sel punca dalam wadah bahan kimia yang mendorongnya untuk berubah menjadi massa jaringan otak yang sedang berkembang, yang disebut organoid otak. Ini menghasilkan sel-sel otak asli, yang kemudian menghasilkan korteks serebral miniatur yang terdiri dari lapisan-lapisan neuron.

Organoid otak mirip Neanderthal membuat neuron lebih sedikit daripada organoid dengan TKTL1 versi manusia. Ini menunjukkan bahwa ketika gen TKTL1 bermutasi, nenek moyang kita dapat menghasilkan neuron tambahan di lobus frontal. Meskipun perubahan ini tidak meningkatkan ukuran keseluruhan otak kita, perubahan ini mungkin telah mengatur ulang kabelnya.

“Ini benar-benar perjalanan kekuatan,” kata Laurent Nguyen, seorang ahli saraf di University of Liège di Belgia, yang tidak terlibat dalam penelitian ini. “Sungguh luar biasa bahwa perubahan kecil seperti itu memiliki dampak signifikan pada produksi neuron.”

Penemuan baru tidak berarti bahwa TKTL1, dengan sendirinya, memberikan rahasia tentang apa yang membuat kita menjadi manusia. Peneliti lain juga melihat daftar 96 mutasi yang memodifikasi protein dan menjalankan eksperimen mereka sendiri.

Anggota lain dari lab Dr. Huttner telah melaporkan di Juli Dua mutasi lain mengubah kecepatan pembelahan sel-sel otak yang sedang berkembang. tahun lalutim peneliti di University of California San Diego menemukan bahwa mutasi lain tampaknya mengubah jumlah koneksi yang dibuat neuron manusia satu sama lain.

Mutasi lain mungkin juga penting bagi otak kita. Misalnya, saat korteks berkembang, neuron individu perlu bermigrasi untuk menemukan ceruk yang tepat. Dr. Nguyen mencatat bahwa beberapa dari 96 mutasi unik pada manusia adalah gen yang diubah yang kemungkinan besar terlibat dalam migrasi sel. Dia berspekulasi bahwa mutasi kita mungkin membuat neuron kita bergerak berbeda dari neuron di otak Neanderthal.

“Saya tidak berpikir itu adalah akhir dari cerita,” katanya. “Saya pikir lebih banyak pekerjaan diperlukan untuk memahami apa yang membuat kita menjadi manusia dalam hal perkembangan otak.”