Badacze z Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego stworzyli cząstki gąbczastej materii mózgu genetycznie zmodyfikowanej w ten sposób, by mógł w nich znaleźć się gen NOVA1 w kształcie należącym do naszych homo-przodków, jak neandertalczyk, ale już odmiennym od współcześnie obserwowanego u Homo sapiens. Proces opisano w magazynie „Science”.
Gdy obok siebie postawiono wzrastające organoidy ze współczesną wersją genu i te z wersją archaiczną, łatwo było prześledzić zmiany w ewolucji. Już na wstępnym etapie doświadczeń zauważono, że „zneandertalczykowane” mózgowe organoidy (zminiaturyzowane, uproszczone wersje narządów hodowanych in vitro w trzech wymiarach) zawierają znaczne zmiany w organizacji tkanek i „okablowaniu” elektrycznym w stosunku do struktur znanych z naszych własnych mózgów.
– Trzeba sobie w tym miejscu postawić pytanie, co właściwie czyni nas ludźmi. Dlaczego nasze mózgi różnią się tak bardzo od innych gatunków, z naszymi praprzodkami włącznie – mówi CNN prof. Alysson Muotri, szef Programu Badań nad Komórkami Macierzystymi w Instytucie Medycyny Genomowej Uniwersytetu Kalifornijskiego.
Od 8 lat rozwijający swój „neuroarcheologiczny” projekt, prof. Muotri posługuje się w pracy nowoczesnymi technikami sekwencjonowania DNA, edycją CRISPR i hodowlą organoidów właśnie. Te miniaturowe organy służą nam m.in. do bezpiecznego testowania leków poza organizmem człowieka. Te w opisywanych tu badaniach mają imitować wczesny rozwój biologiczny ludzkiego mózgu.
Muotri Lab/UC San Diego
„Mini mózgi” neandertalczyków stworzone w laboratorium prof. Muotri w San Diego bardziej przypominały popcorn niż gładkie sfery typowe dla organoidów ze współczesną wersją genu NOVA1. Analizujący nowy organoid badacze dostrzegli, że neurony w tkankach noszących gen neadertalczyka dojrzewają też szybciej niż u współczesnego człowieka.
– Widać w nich większą aktywność już na wcześniejszym etapie rozwoju. Tego się nie spodziewaliśmy. Coś podobnego widzieliśmy już pracując na organoidach imitujących mózgi szympansów. Nie dziwi nikogo, że młody szympans jest sprytniejszy od ludzkiego noworodka. Inne gatunki nie muszą opiekować się tak długo swoim dzieckiem by przygotować je do samodzielnego życia. Mam wrażenie, że to obserwujemy tu coś podobnego – wyjaśnił prof. Alysson Muotri.
Nie jest jasne, czy gdyby ludzki mózg wyposażyć w geny praprzodka ten przyśpieszony rozwój na wczesnym etapie „rozmyłby się” do czasu osiągnięcia dorosłości. Ewentualnie mogłoby dojść też do podobnych mechanizmów, gdzie delikatne zmiany na wczesnym etapie mają poważne konsekwencje dla dojrzałego organu, jak choćby z autyzmem.
Dostępna wiedza o budowie mózgu pokazuje, że ten szybciej dojrzewający ma fory na początku. Na późniejszym etapie, gdy u człowieka formują się ważne umiejętności społeczne ma mniejsze szanse rozwoju. Jak Muotri wyjaśnił rozgłośni NPR, musi istnieć powód, dla którego ludzie z nowszym wariantem genu NOVA1 przetrwali, a ci z archaicznym wymarli.
– Może to sugerować, że gdzieś podczas ewolucji człowieka pojawiła się ta mutacja dająca nam szansę na skok rozwojowy na późniejszym etapie życia – mówi naukowiec z Instytutu Medycyny Genomowej Uniwersytetu Kalifornijskiego.Tę teorię potwierdzają inne badania nad genami neandertalczyków nadal obecnymi u współczesnego homo sapiens. Prowadząca je dr Karen Berman z amerykańskiego Narodowego Instytutu Zdrowia Psychicznego zwraca uwagę, że osoby posiadające materiał genetyczny neandertalczyka nawet kształt czaszki mają bliższy naszym praprzodkom.
Z analiz dr Berman wynika, że posiadacze genów neandertalczyka mogą mieć mocniej rozwinięte obszary mózgu dotyczące zdolności obserwacji i orientacji w terenie, a mniej te odpowiedzialne za interakcje społeczne. – Być może właśnie deficyt w tym zakresie doprowadził do ich wyginięcia – Karen Berman zauważa w rozmowie ze stacją NPR, zwracając uwagę, że zdolność do kooperacji w grupie była kluczowa dla sukcesu ewolucyjnego homo sapiens.
Sens badań nad genami neandertalczyków nie ogranicza się wyłącznie do chęci lepszego poznania ewolucji człowieka. Badając „archaiczne mózgi” możemy bowiem prześledzić zmiany prowadzące do powstawania różnych zmian skutkujących często rozwojem chorób neuropsychiatrycznych, jak np. schizofrenia czy autyzm. Być może zrozumieć, jak je leczyć czy wręcz im zapobiegać.