Neanderthal Genes Forklare rundheten av moderne menneskelige hjerner

En spirende forskningsgruppe tyder på at vi på mange måter Homo sapiens er ikke så forskjellig fra vår nære slektning Homo neanderthalensis. Som levende mennesker skapte Neanderthals kunst, uttrykte kultur og brydde seg om medlemmer av deres samfunn. Men vi adskiller seg fra dem på to, muligens sammenhengende måter - formen på våre hodeskaller og det faktum at vi ikke er utdøde.

Det er fordi hodeskaller, avgjørende, holder hjerner. Moderne menneskehodeskaller har en rund, kuleformet form, mens Neanderthals-skallene er langstrakte. I en studie utgitt onsdag i Nåværende biologi, et internasjonalt team av forskere ble den første til å identifisere de genetiske faktorene som sannsynligvis førte til disse overbevisende forskjellene i form. I sin tur har de satt oss et skritt nærmere en forståelse av hva det betyr å være medlem av våre forskjellige arter.

"Motivasjonen bak å studere den unike form av den menneskelige braincase er at den representerer en av de mest veletablerte og klart definerte anatomiske egenskapene som skiller Homo sapiens fra andre menneskelige arter, fortalte første forfatter og biologisk antropolog Philipp Gunz, Ph.D. Omvendt.

Gunz jobber som forsker ved Max Planck-instituttet for evolusjonær antropologi. Hodeskaller, forklarer han, er vinduer i hjernebiologi. Forskere har kjent at neanderthaler og moderne mennesker har skaller av forskjellige former, men fordi hjernevæv ikke fossiliserer, har den underliggende biologien vært unnvikende. Så her tok teamet en tverrfaglig tilnærming, som kombinerer fossil skalleanalyse med hjernedimensjonering og moderne gensekvensering.

Det er viktig å merke seg at hjernen vår ikke alltid har vært kuleformet. Den eldste Homo sapiens fossiler, funnet i Marokko og datert til rundt 300.000 år siden, har endokranial volumer som faller innen dagens menneske, men endokranial figurer som er langstrakte. Det betyr at de hadde store hjerner, men ikke runde. Tidligere arbeid utført av Gunz demonstrerer at den moderne hjernestørrelsen oppsto for 300.000 år siden, men globulære hjerner dukket opp rundt 40.000 år siden - omtrent samme tid gikk neanderthalene ut.

Gunz sier at den slående endringen i Homo sapiens endokranielle former reflekterer sannsynligvis "evolusjonære endringer i organisasjonen av strukturer av den menneskelige hjerne, kanskje til og med på de nøyaktige måtene som forskjellige områder er knyttet til hverandre."

For å utforske denne ideen utviklet laget et avtalt mål for globularitet ved å skape virtuelle imprints av det indre av Neanderthal og moderne menneskelige brainkaser. De målte deretter globulariteten av hjernene til 4 479 levende mennesker ved hjelp av MR-hjerneskanninger. Forskerne undersøkte også DNA fra disse deltakerne - lette etter fragmenter av gammelt neanderthal-DNA med håp om at det kunne være en sammenheng mellom neanderthalfødsel og hjerneform. Selv om neanderthaler er utdød, lever deres genetiske arv på grunn av gamle trysts med anatomisk moderne mennesker.

Forskerne oppdaget at, selv om alle levende mennesker har skalleskaller som er tydelig forskjellig fra Neanderthal-skaller, varierer moderne mennesker i sin grad av hjerne-globularitet. Videre oppdaget de at blant levende mennesker, er Neanderthal DNA-fragmenter på kromosomer 1 og 18 korrelert med redusert globularity.

"Som andre aspekter av hjerneanatomi, er graden av globularitet sannsynligvis påvirket av variasjon i mange forskjellige gener, hver med liten effekt," forklarer Gunz. "Effektene av hvert tilhørende Neanderthal-fragment var subtile, men detekterbare på grunn av bruk av en stor prøvestørrelse i vår studie."

Disse neandertalfragmentene ble deretter koblet til endret genaktivitet i hjernestrukturvev, inkludert putamen i basalganglia og cerebellum. Generene fragmentene assosierer med, UBR4 og PHLPPI, spiller en viktig rolle i hjernens utvikling - og det er sannsynlig at her er koblingen mellom hjernebukularitet og hjernemekanismer. De basale ganglia bidrar til kognitive funksjoner som ferdighetsopplæring og planlegging, og cerebellum - som inneholder 50 prosent av hjernens neuroner - er viktig for språkbehandling og arbeidsminne.

Gunz understreker at effekten av å transportere Neanderthal-fragmenter som påvirker hjerneformen, er i beste fall subtile - og deres fokus på globularitet var ikke motivert av "ideen om at hjerneform kan fortelle oss noe enkelt om vår oppførsel." Mens andre forskere har hevdet at De runde, bølgende cerebellumene av mennesker kan ha gitt oss et sosialt og kognitivt ben over Neanderthals. Gunz mener at "det er ingen grunn til å forvente en enkel sammenheng mellom den generelle hjerneform og oppførsel."

Men funnene tyder på at utviklingsmekanismer trolig bidro til utviklingen av den moderne hjernens form og funksjon - slik at vi kan være følelsen av å tenke folk vi er i dag. Laget planlegger å fortsette å studere generene som er forbundet med globularitet, med håp om at de vil avsløre andre måter som denne egenskapen er knyttet til menneskelig biologi. Vi er de eneste menneskene som er igjen på jorden - og hvorfor er fortsatt et mysterium.