Парадокс человеческого мозга: почему мы умнее шимпанзе, и при чем тут специализация клеток?

Пост опубликован в блогах iXBT.com, его автор не имеет отношения к редакции iXBT.com
| Мнение | Наука и космос

Наш мозг — это не просто увеличенная версия мозга примата. Это сложная, тонко настроенная система, которая ставит нас на вершину эволюционной лестницы. Но как именно он стал таким особенным, если мы делим большую часть нашего генетического кода с шимпанзе? Ученые долгое время полагали, что ключом к разгадке являются сами гены. Однако все больше данных указывает на то, что дело не столько в самих генах, сколько в том, как они работают.

Гены — это только начало истории

Каждый ген — это инструкция для создания определенной молекулы, но эта инструкция не выполняется напрямую. Вместо этого с гена «считывается» копия — матричная РНК (мРНК), которая и направляет клеточные механизмы. Именно количество мРНК, производимой геном, определяет его активность, или, как говорят ученые, его «экспрессию».

Мозг человеческий, иллюстрация
Мозг человеческий, иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

Раньше считалось, что главные различия между людьми и шимпанзе кроются в различиях геномов. Но сравнения показали, что мы на 99% совпадаем по набору генов. Тогда возникла идея, что главное различие — в том, как эти гены используются. Представьте себе бабочку монарха: гусеница и взрослая бабочка имеют один и тот же набор генов, но совершенно разные формы и образ жизни. Это как раз и достигается за счет разной экспрессии генов. Включение или выключение определенных генов, а также их активность могут кардинально изменить организм.

Разгадывая мозаику мозга

Изучение различий в экспрессии генов между людьми и шимпанзе — непростая задача, потому что мозг состоит из множества разных типов клеток. До недавнего времени ученые были вынуждены анализировать большие объемы тканей, в которых эти клетки смешаны. Но сейчас появились методы, позволяющие изучать отдельные ядра клеток. Это революционное достижение позволило исследователям заглянуть в микромир и понять, как работают отдельные типы клеток и даже их подтипы.

Исследователи из Калифорнийского университета в Санта-Барбаре провели масштабное исследование, сравнив экспрессию генов в клетках мозга человека, шимпанзе и макаки. Они разделили ядра клеток, выделили разные типы и сравнили количество мРНК, производимой каждым геном в каждом типе клеток у трех видов. Удивительно, но они обнаружили, что у человека гораздо больше генов, которые работают более активно по сравнению с шимпанзе. И что самое интересное — эти различия были более выражены, когда ученые анализировали отдельные типы клеток и их подтипы.

Выраженные регуляторные эволюции человека из шести основных типов клеток двух областей мозга (A) PCC и (B) dlPFC.По оси Y показаны доли повышающих и понижающих регуляцию DEG среди экспрессируемых генов в каждом типе клеток. Мы наблюдаем большее количество повышающих и понижающих регуляцию генов у человека по сравнению с шимпанзе. CI рассчитаны на основе бутстреппинга (Методы, здесь и далее см. ориг. исследование). Цитирование: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi, Accelerated cell-type-specific regulatory evolution of the human brain, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (52) e2411918121,  https://doi.org/10.1073/pnas.2411918121 (2024).
Выраженные регуляторные эволюции человека из шести основных типов клеток двух областей мозга (A) PCC и (B) dlPFC. По оси Y показаны доли повышающих и понижающих регуляцию DEG среди экспрессируемых генов в каждом типе клеток. Мы наблюдаем большее количество повышающих и понижающих регуляцию генов у человека по сравнению с шимпанзе. CI рассчитаны на основе бутстреппинга (Методы, здесь и далее см. ориг. исследование). Цитирование: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi, Accelerated cell-type-specific regulatory evolution of the human brain, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (52) e2411918121, https://doi.org/10.1073/pnas.2411918121 (2024).
Автор: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi Источник: www.pnas.org
Специализация, а не простое увеличение

На первый взгляд, это может показаться просто увеличением общей активности генов, но на самом деле, происходит более тонкий процесс. Оказывается, что эволюция направлена на специализацию, а не только на увеличение количества. Разные типы клеток мозга пошли по своим собственным эволюционным путям, становясь все более и более специализированными. Вроде бы, парадокс. Увеличение количества нейронов само по себе не делает мозг умнее, скорее, как раз специализация и обеспечивает большую эффективность.

И тут, кстати, возникает вопрос: а кто важнее — нейроны или глиальные клетки? Нейроны отвечают за передачу информации, как электрические провода, а глиальные клетки — это «обслуживающий персонал», обеспечивающий их поддержку, изоляцию и питание. Раньше считалось, что нейроны — это главное, но сейчас становится ясно, что глиальные клетки играют не менее важную роль. У людей, например, глиальных клеток больше, чем у шимпанзе, и именно они, как выясняется, показывают наибольшие различия в экспрессии генов. Особенно выделяются олигодендроциты — клетки, которые создают изоляцию нейронов, что позволяет им работать быстрее и эффективнее. Эти клетки, возможно, играют ключевую роль в невероятной пластичности и медленном развитии человеческого мозга.

Геномные, эпигеномные и эволюционные особенности ДЭГ. Мы сравнили распределения различных признаков между ДЭГ и не-ДЭГ с помощью теста Манна-Уитни и скорректировали множественное тестирование по методу Бенджамина-Хохберга.В каждой ячейке показаны скорректированные P-значения для двух исследований (цветовой градиент показан справа). Верхняя часть ячейки представляет исследование dlPFC, нижняя - PCC, а звездочка указывает на скорректированный по FDR Q < 0,1 по методу Беньямина-Хохберга. Цитирование: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi, Accelerated cell-type-specific regulatory evolution of the human brain, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (52) e2411918121,  https://doi.org/10.1073/pnas.2411918121 (2024).
Геномные, эпигеномные и эволюционные особенности ДЭГ. Мы сравнили распределения различных признаков между ДЭГ и не-ДЭГ с помощью теста Манна-Уитни и скорректировали множественное тестирование по методу Бенджамина-Хохберга.В каждой ячейке показаны скорректированные P-значения для двух исследований (цветовой градиент показан справа). Верхняя часть ячейки представляет исследование dlPFC, нижняя — PCC, а звездочка указывает на скорректированный по FDR Q < 0,1 по методу Беньямина-Хохберга. Цитирование: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi, Accelerated cell-type-specific regulatory evolution of the human brain, Proc. Natl. Acad. Sci. U.S.A. 121 (52) e2411918121, https://doi.org/10.1073/pnas.2411918121 (2024).
Автор: D. Joshy, G. Santpere, S.V. Yi Источник: www.pnas.org
Что дальше?

Это исследование — лишь один маленький шаг в долгом пути познания человеческого мозга. Ученые планируют изучить экспрессию генов в разных областях мозга и у других видов животных, а также сравнить наши гены с генами древних людей, таких как неандертальцы и денисовцы.

Наше понимание эволюции мозга становится все более сложным. Главный вывод из этого исследования, наверное, в том, что дело не только в самих генах, но и в том, как они взаимодействуют, в их тонкой настройке и специализации. И что эволюция человеческого мозга — это не просто увеличение его размеров, а целый комплекс эволюционных изменений, которые работают в гармонии. Наш мозг — это не просто компьютер, это симфония, где каждый инструмент играет свою уникальную, незаменимую партию.

3 комментария

Добавить комментарий

1
Существует реальная научная работа по исследованию ДНК человеческого мозга. В каждых частях мозга был набор различных цепочек аминокислот, т.е. ДНК различалось. Оно было не только человека. Возможно для этого и есть ГЭБ, чтобы не было отторжения
1
Существует реальная научная работа по исследованию ДНК человеческого мозга. В каждых частях мозга был набор различных цепочек аминокислот, т.е. ДНК различалось. Оно было не только человека. Возможно для этого и есть ГЭБ, чтобы не было отторжения

А поподробнее. Ссылочку или кто где и что исследовал?
116964950526550348833@google
Видимо речь идет про мозаичный мозг, только Satoshi все напутал)

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Импульсная нейросеть научилась предвидеть будущее в трех измерениях: что именно произойдет, когда именно и с какой вероятностью

Когда человек ждет определенного события, его мозг вычисляет не только абстрактный факт его наступления. Нервная система одновременно оценивает три параметра: что именно произойдет, в какой...

Почему кроссовер не всегда лучше седана: 5 особенностей, о которых стоит знать до покупки

Кроссоверы давно стали привычной частью городского движения. Их покупают для поездок на работу, за продуктами, на дачу и в путешествия. Высокая посадка, большой кузов, увеличенный дорожный просвет....

Почему встреча с кабаном иногда опаснее встречи с медведем?

Когда речь заходит об опасных животных, первое место в воображении обычно занимает медведь. Он огромный, сильный и действительно способен нанести человеку тяжёлые травмы. Но в лесу есть другой...

Почему у обычной карповой рыбы ядовитая икра: что известно о маринке

Если посмотреть на маринку на фотографии, ничего необычного я бы в ней не заметила. Вытянутое тело, мелкая чешуя, довольно привычные для карповых очертания. Она совсем не похожа на рыбу, от...

Правда ли, что акула может учуять каплю крови в воде за несколько километров

Правда ли, что акула способна за несколько километров уловить запах от попавшей в воду капли крови? Насколько чувствительно обоняние акул и как по запаховому шлейфу акулы находят свою добычу.

Квантовые спины впервые сдвинули сантиметровый объект: как физики преодолели барьер микромира

В фундаментальной физике существует давняя граница между микромиром и макромиром. Законы квантовой механики формулировались для отдельных элементарных частиц — электронов, протонов,...