Как мутация одного гена подарила людям речь? Встречайте NOVA1 — самый «разговорчивый» белок

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

Что делает нас людьми? Способность любить, творить, мечтать… и, конечно, говорить. Но откуда взялся этот удивительный дар — членораздельная речь, позволяющая нам обмениваться сложнейшими мыслями и эмоциями? Ученые давно бьются над этой загадкой, и, кажется, последние открытия проливают свет на одну из самых интригующих тайн эволюции.

Речь — не просто набор звуков. Это сложнейший механизм, задействующий и голосовой аппарат, и тончайшие нейронные связи. Долгое время считалось, что ключевую роль в развитии речевых способностей играет ген FOXP2. Люди с мутациями в этом гене испытывают серьезные проблемы с речью. Интересно, что «человеческий» вариант FOXP2 был обнаружен и у неандертальцев — наших ближайших вымерших родственников. Но, как это часто бывает в науке, всё оказалось не так просто. Роль FOXP2 в эволюции речи до сих пор вызывает споры.

Иллюстрация
Автор: ИИ Copilot Designer//DALL·E 3 Источник: www.bing.com

И вот, на сцене появляется новый герой — белок NOVA1.

NOVA1: Неожиданный поворот в истории языка

NOVA1 — это своего рода «дирижер» в оркестре генов, отвечающих за развитие мозга и нервной системы. Он присутствует практически у всех живых существ, от птиц до млекопитающих… кроме человека. У нас — своя, особая версия этого белка, отличающаяся всего одной «буквой» в генетическом коде — заменой аминокислоты изолейцина на валин в позиции 197 (I197V). Казалось бы, мелочь? Но именно эта «мелочь», возможно, сыграла решающую роль в становлении человеческой речи.

Команда исследователей из Университета Рокфеллера под руководством Роберта Дарнелла, посвятившего изучению NOVA1 более 30 лет, провела удивительный эксперимент. Они «внедрили» человеческий вариант NOVA1 (I197V) в геном мышей. И что же? Подопытные грызуны… «заговорили» по-другому!

a Иммуноокрашивание NOVA1 в мозге мыши P21. Масштабные линейки составляют 500 мкм. Сокращения: CTX кора, HIP гиппокамп, CP хвостатый путамен, TH таламус, HY гипоталамус, MB средний мозг, CB мозжечок, SN substantia nigra, PAG периакведуктальный серый. b Вестерн-блоттинг анализ NOVA1 в препарированных областях мозга мыши. Соответствующие изоформы для каждой полосы указаны справа. Эксперименты повторяли три раза независимо друг от друга. Полоса NOVA1 на каждой полосе количественно оценена и нормирована на сигнал полосы ACTB. Значение коры равно 1. Данные представлены как средние значения +/- SEM. c Изменения альтернативного сплайсинга (AS) в среднем мозге 3-недельных мышей Nova1hu/hu. Дифференциальные события AS (p-значение и дельта PSI (dI) > 0,05 для Nova1hu/hu по сравнению с Nova1wt/wt показаны светло-зеленым цветом, а события, имеющие пики NOVA1-CLIP, — темно-зеленым. События с dI < -0,05 (в Nova1hu/hu по сравнению с Nova1wt/wt) показаны светло-оранжевым цветом, а пики NOVA1-CLIP — пурпурным. Репрезентативные события AS помечены названиями генов. Дифференциальные AS-события в генах, связанных с вокальным поведением, выделены желтой рамкой. d Примеры транскриптов, демонстрирующих значительные AS-изменения, с пиками NOVA1-CLIP на каждом транскрипте. Дифференциальные экзоны AS окрашены в желтый цвет. Каждый IGV-снимок аннотирован с указанием названия гена, номера экзона AS, типа AS, процентного значения сплайсинга (PSI), процентного изменения (∆I, ∆PSI) и p-значения. События AS классифицированы как кассетный экзон (cass), альтернативный 5' сайт сплайсинга (alt5), альтернативный 3' сайт сплайсинга (alt3), тандемная кассета (taca), взаимоисключающие экзоны (mutx). c, d Статистические тесты выполнены с помощью программы Quantas. N = 4 на группу. e Анализ аннотации генов с помощью Metascape для транскриптов с дифференциальными AS-событиями. В качестве фона для этого анализа использовались экспрессированные гены в среднем мозге P21. f Процент генов с дифференциальными AS-изменениями в каждой категории онтологии генов, связанных с поведением. Количество транскриптов с дифференциальными AS-событиями в Nova1hu/hu показано относительно общего количества генов в каждой категории. Цитирование: Tajima, Y., Vargas, C.D.M., Ito, K. et al. A humanized NOVA1 splicing factor alters mouse vocal communications. Nat Commun 16, 1542 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56579-2
Автор: Tajima, Y., Vargas, C.D.M., Ito, K. et al. Источник: www.nature.com
Мышиный «акцент»: ключ к разгадке?

Конечно, мыши не начали цитировать Шекспира. Но их ультразвуковые писки, с помощью которых они общаются друг с другом, заметно изменились. Ученые, используя сложнейшие методы анализа, обнаружили, что человеческий вариант NOVA1 влияет на гены, связанные именно с вокализацией.

«Это был один из тех моментов, когда наука преподносит настоящий сюрприз», — вспоминает доктор Дарнелл.

Более того, оказалось, что ни у неандертальцев, ни у денисовцев (еще одних наших вымерших «кузенов») этого варианта гена нет. I197V — уникальная «визитная карточка» Homo sapiens. Изучив сотни тысяч современных человеческих геномов, исследователи обнаружили архаичный вариант NOVA1 лишь у шести человек из более чем 650 тысяч!

a Тест на ультразвуковую вокализацию (УЗВ), вызванную изоляцией, у детенышей. b Параметры УЗВ и классификация слогов. c Распределение Fqmax и двухгауссово соответствие для УЗВ детенышей. Показан показатель D Эшмана (мера разделения двух распределений, где показатель выше 2 означает хорошее разделение). Центр и вес каждого гаусса обозначены, а перехват двух гауссовых распределений (черный треугольник) используется как граница между УСВ с высоким и низким Fqmax. d Соотношение высокого и низкого Fqmax в слогах «d» и «m». Соотношение слогов, принадлежащих к каждому распределению (высокому или низкому), рассчитано для общего числа слогов каждого типа. e Тест УСВ, вызванный ухаживанием, для взрослых мышей. f Распределение длительности и двухгауссова подгонка для слога «s» в УСВ взрослых мышей. Показаны оценка D Ашмана, центр Гаусса и вес. Перехват двух гауссовых распределений (черный треугольник) использовался в качестве границы между большой и малой длительностью. Примеры коротких и длинных слогов «s» показаны в верхней части графика. g Параметры пиковой частоты в длинных длительностях «s». h Распределение Fqmax и двухгауссово распределение в УСВ взрослых. Показатель D Эшмана, центр и вес Гаусса помечены. Черной звездой отмечена граница 100 кГц между высоким и низким Fqmax. Примеры слогов с низким и высоким Fqmax показаны в верхней части графика. i Дисперсия частоты (Fq variance) в слогах с высоким Fqmax во взрослых USV. Точечные графики для (c, f, h) в нижней части графиков плотности показывают среднее значение (черные точки) и стандартное отклонение (усы) по пикам для каждого генотипа. Значительных различий между генотипами не наблюдалось. Боксплоты для (d, g, i) представляют минимальное, первое (нижнее) квартильное, среднее, третье (верхнее) квартильное и максимальное значения. Для данных по детенышам (c, d) каждый кружок представляет данные по одному детенышу: Nova1hu/hu N = 41, Nova1hu/wt N = 23, Nova1wt/wt N = 40 детенышей. Для получения данных по взрослым особям (f-i) было проведено три эксперимента в течение нескольких недель подряд, и на графике показано среднее значение для каждой мыши (белые кружки): Nova1hu/hu N = 13, Nova1hu/wt N = 14, Nova1wt/wt N = 13 взрослых. Статистический анализ проводили с помощью теста ранговой суммы Вилкоксона (двусторонний, с поправкой Бонферрони). Цитирование: Tajima, Y., Vargas, C.D.M., Ito, K. et al. A humanized NOVA1 splicing factor alters mouse vocal communications. Nat Commun 16, 1542 (2025). https://doi.org/10.1038/s41467-025-56579-2
Автор: Tajima, Y., Vargas, C.D.M., Ito, K. et al. Источник: www.nature.com
От Африки — ко всему миру: гипотеза о распространении «гена речи»

Эти данные позволили ученым выдвинуть смелую гипотезу. Вероятно, человеческий вариант NOVA1 (I197V) появился у предков современных людей в Африке. Этот вариант, возможно, давал своим обладателям преимущество в общении, что способствовало их выживанию и распространению. Покинув Африку, эта популяция заселила весь мир, неся с собой уникальный «ген речи».

Что дальше?

Разумеется, NOVA1 — это лишь один из множества факторов, повлиявших на эволюцию человеческого языка. Но это открытие открывает потрясающие перспективы для дальнейших исследований. Ученые планируют изучить, как именно NOVA1 регулирует речевую функцию, и как его нарушения могут быть связаны с различными расстройствами, такими как задержка речевого развития или аутизм.

Возможно, в будущем, разгадав тайну «разговорчивого» белка, мы сможем не только лучше понять, как возникла человеческая речь, но и помочь тем, кто испытывает трудности с общением. Ведь способность говорить — это не просто дар, это то, что делает нас людьми. И история этого дара, похоже, только начинает раскрываться.

3 комментария

Добавить комментарий

eb99efb5cdf16fbed7f645592cbf594f@livejournal
> архаичный вариант NOVA1 лишь у шести человек из более чем 650 тысяч
интриги, скандалы, расследования.
Эти 6 человек умели говорить? Если да, то дело видимо не в этом гене.
c
ржу с этих мутаций… ага и человек сам по себе появился )) и глаз сам по себе составился и настроился… чудеса да и только.
h
Ржать легко, учится сложно.

Добавить комментарий

Сейчас на главной

Новости

Публикации

Собаки стареют точно так же, как люди. Как это поможет продлить нашу жизнь?

Домашние собаки делят с человеком общее пространство жизнедеятельности. Они подвергаются воздействию тех же факторов окружающей среды, пьют воду из аналогичных источников, ведут схожий по...

Сигнал из «космического полдня»: открыт самый далекий гигантский природный радиолазер ранней Вселенной

Астрономы зарегистрировали радиосигнал от молекул гидроксила, отправленный из галактики на расстоянии более половины наблюдаемой Вселенной. Это излучение классифицируется как космический мазер....

Почему человек — единственное живое существо, которое плачет от эмоций?

Слезная жидкость выполняет базовые физиологические функции у всех позвоночных животных. Она постоянно увлажняет роговицу, доставляет кислород к тканям глаза и защищает слизистую оболочку от...

Как подобрать сплит-систему по площади, BTU и высоких потолках: инструкция, которая избавит от типичных ошибок

Как подобрать кондиционер, чтобы не мёрзнуть и не потеть? Рассказываю про формулу 1 кВт на 10 м², BTU, солнечную сторону, высоту потолков и почему нельзя ставить сплит напротив кровати.

Гигантские изоподы не едят по пять лет: как им это удаётся и при чём здесь бактерии Chlamydiae

Гигантские морские мокрицы живут на глубине и не едят по пять лет. Как они это делают? Огромный желудок, сонный обмен веществ и бактерии-помощники. Без воды и сложных терминов.

Обзор наушников Kiwi Ears Septet: музыкальные полуоткрытые «квадриды»

Kiwi Ears Septet — семидрайверные требовательные квадриды (наушники с четырьмя типами излучателей) с качественным звуком, частично открытой акустической конструкцией, удобной посадкой и...