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演化之鑰:人類獨特基因 或致腦部更發達

2015/3/4 — 10:08

JD Hancock / flickr

JD Hancock / flickr

人類的大腦倒底有什麼構造,比其他靈長近親以及其他生物更優越?這問題一直困擾著科學家,但最近兩份的報告均不約而同指,人類的某些基因增強老鼠腦部發展,顯示該些基因對人類的腦部演化尤為重要。

相比起近親猿猴,我們人類能雙足行走、食更多不同的食物以至發展出語言,主要原因是人類與其他靈長類的基因組 (genome) 有所不同。 2008 年的電腦分析,經已將那些我們與黑猩猩相異但較為重要的幾百個基因分辨出來。

問題卻是,無人進一步去証實,當中有哪些基因令人類更醒目。

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強化子 HARE5

杜克大學研究團隊分別以人類與黑猩猩的強化子 (enhancer) ,測試兩者對老鼠胚胎腦部有何影響,並於上月中公佈結果[1] 。強化子是一組會影響鄰近基因活動的 DNA 片段。他們發現其中一種強化子 HARE5 ,在大腦皮質中最為活躍。透過特製的迷你發光基因,人類的 HARE5 令胚胎腦部發光範圍更廣而且更持久。團隊就由此估計 HARE5 控制 Frizzled 8 ——一組對大腦分子通道非常重要的基因。

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隨後的研究就顯示,人類的 HARE5 能令會演化為神經細胞的細胞,分裂得更多,令大腦皮質能承載更多細胞,最終這些老鼠的大腦比有黑猩猩 HARE5 的大 12% 。團隊將會繼續了解,大腦容量增大會否令老鼠更聰明。

人類獨有基因 ARHGAP11B

而德國的團隊則專注研究,哪一組基因在大腦皮質發展時起作用[2]

大腦皮質需幾種幹細胞建構,這些幹細胞會分裂成其他的「中介」幹細胞,再轉化成神經元 (neuron) ,是腦部發展最重要的一環。團隊首先將老鼠與人類胚胎的幹細胞種類,以螢光標籤分開,並了解何種基因在人類大腦發展時,老鼠卻會缺乏之。最終,他們鎖定 56 個老鼠沒有的基因,而當中 ARHGAP11B 的活躍程度最為突出。

Florio, M., Albert, M., Taverna, E. & et al. (2015).

Florio, M., Albert, M., Taverna, E. & et al. (2015).

ARHGAP11B 是人類獨有的基因,就算現代人類近親黑猩猩也沒有。相反,其他智人祖先如丹尼索瓦人 (Denisovan)尼安德特人 (Neandertal) 同樣擁有該基因。

其後,團隊將 ARHGAP11B 插入正在生長的老鼠,因為牠們的腦皮質幹細胞是其他動物的兩倍,實驗效果會較為顯著。 結果是,老鼠的「中介」幹細胞增多,而這些「中介」幹細胞亦比正常的分裂速度更高,最終老鼠增加大腦容量。

這兩組基因明顯對哺乳類演化相當重要,未來仍需更多研究了解人類有什麼先天優勢比其他生物強。

來源:

Science, Xeroxed gene may have paved the way for large human brain, 26 February 2015
Science, Human DNA enlarges mouse brains, 19 February 2015


報告:

  1. Boyd, J.L., Skove, S.L. & et al. (2015). Human-Chimpanzee Differences in a FZD8 Enhancer Alter Cell-Cycle Dynamics in the Developing Neocortex. Current Biology, published online 19 February 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.01.041
  2. Florio, M., Albert, M., Taverna, E. & et al. (2015). Human-specific gene ARHGAP11B promotes basal progenitor amplification and neocortex expansion. Science, published online 26 February 2015. DOI: 10.1126/science.aaa1975


文/ac

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