Одна из мутаций в генах наших предков могла стать причиной огромного мозга человека. Это изменение привело к удвоению объёма коры головного мозга, превратив великого примата в современного Homo sapiens. Вариант гена встречается только у современных людей и их ближайших родственников — неандертальцев и денисовцев.
Около пяти миллионов лет назад произошёл генетический раскол между шимпанзе и предком современных людей. Это давно известно, но новое исследование, опубликованное в журнале Science Advances, утверждает, что решающая мутация в гене ARHGAP11B возникла лишь через миллион лет позже и привела к резкому увеличению размеров коры головного мозга. В одном из нуклеотидов гена произошла замена «C» на «G».
Вид обезьяны?
Видимо, без этой мутации мы бы оставались похожими на шимпанзе
«Говорить, что без этой мутации человек остался бы шимпанзе или бонобо, слишком категорично», — отмечает один из авторов исследования Виленд Хаттнер. «Мы пока можем лишь экспериментировать на мышах, поэтому точно предсказать ход эволюции без этой мутации пока невозможно».
Развитие мозга контролируют тысячи генов, и их роль одинаково важна у мышей и у людей. Несмотря на параллели в развитии, учёные давно пытаются найти конкретные генетические различия, отделяющие человека от остальных млекопитающих.
Рост коры головного мозга
Ключевая роль ARHGAP11B
Ген ARHGAP11B, специфичный для человека, играет решающую роль в образовании коры — сильно извитой наружной части мозга. В эмбриональном мозге клетки коры образуются из базальных прогениторных клеток (BP‑клеток). ARHGAP11B усиливает их количество, удваивая субвентрикулярную зону, то есть слой, где происходит основной рост коры. В результате кора становится вдвое толще и богаче нейронами.
Эти выводы впервые сделали Мартa Флорио и её коллеги из нескольких институтов Макса Планка в прошлом году; сейчас они детально исследовали механизм на уровне ДНК.
Дупликация и точечная мутация
Как возник удвоитель
Ген ARHGAP11B представляет собой почти полную копию древнего гена ARHGAP11A, который присутствует у многих животных, вплоть до дрожжей. При редком событии дупликации часть ДНК копируется дважды, и такой «дублированный» вариант, вероятно, появился уже на этапе разделения линии предков человека и шимпанзе.
Однако простая дупликация не объясняет удвоение субвентрикулярного слоя. Учёные обнаружили, что в ARHGAP11B одна «буква» C (цитозин) заменена на G (гуанин). Эта замена отключает часть гена, из‑за чего перестаёт синтезироваться белок‑ингибитор деления BP‑клеток. В результате деление этих клеток ускоряется, и кора растёт быстрее.
Эта мутация, вероятно, запустила бурный рост человеческого мозга около четырёх миллионов лет назад. Почему же такой «турбо‑буст» случился только у предков человека? Хаттнер поясняет: «Ни один другой вид не имеет дублированного варианта этого гена, поэтому такая мутация невозможна у остальных животных».
ДНК из окаменелостей
Проверка в древних геномах
Если вариант гена миллионы лет, то он должен был появиться у раннего предка, от которого произошли все известные гоминиды. ДНК неандертальцев и денисовцев, полученная из окаменелостей, хранится в онлайн‑базах, и сравнение показало, что они тоже несут вариант ARHGAP11B. У всех современных людей, чей геном изучен, присутствует именно ARHGAP11B, а не ARHGAP11A.
Сейчас с помощью методов генетической модификации, таких как CRISPR/Cas9, учёные могут вводить человеческий вариант гена в организм. Хаттнер: «Мы уже создаём мышей с функционирующим человеческим ARHGAP11B. О результатах пока рано говорить, но они будут опубликованы в научных журналах».
