'Big Brain' Gene In Menschen Gefunden, Keine Schimpansen

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Ein einzelnes gen, das viele neuronen produziert, könnte erklären, warum der menschliche neokortex, der sitz höherer wahrnehmung, größer ist als derjenige anderer primaten.

Ein einzelnes Gen könnte den Weg für den Aufstieg der menschlichen Intelligenz geebnet haben, indem es die Anzahl der Gehirnzellen in einer zentralen Gehirnregion dramatisch erhöht.

Dieses Gen scheint eindeutig menschlich zu sein: Es findet sich in modernen Menschen, Neandertalern und einem anderen Zweig der ausgestorbenen Menschen, den Denisovans, aber nicht in Schimpansen.

Durch das Ermöglichen, dass die Gehirnregion, die als Neokortex bezeichnet wird, viele weitere Neuronen enthält, könnte der winzige DNA-Schnipsel die Grundlage für die massive Expansion des menschlichen Gehirns gelegt haben.

"Es ist so cool, dass ein winziges Gen alleine ausreicht, um den Phänotyp der Stammzellen zu beeinflussen, der am meisten zur Ausweitung des Neocortex beigetragen hat", sagte Martha Florio, Doktorandin der Studie, Doktorandin der molekularen und zellulären Biologie und Genetik am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden. Es ist jedoch wahrscheinlich, dass dieses Gen nur eine von vielen genetischen Veränderungen ist, die die menschliche Wahrnehmung zu etwas Besonderem machen, sagte Florio. [Die 10 wichtigsten Dinge, die den Menschen besonders machen]

Ein expandierendes Gehirn

Die Entwicklung von primitiven Affen zu Menschen mit komplexer Sprache und Kultur hat Millionen von Jahren gedauert. Vor 3,8 Millionen Australopithecus afarensis, die Art, die durch das ikonische Fossil Lucy des frühen menschlichen Vorfahren charakterisiert wurde, hatte ein Gehirn mit einem Volumen von weniger als 500 Kubikzentimetern (500 Kubikzentimeter) oder etwa einem Drittel der Größe des modernen menschlichen Gehirns. Vor etwa 1,8 Millionen Jahren, Homo erectus war mit einem Gehirn ausgestattet, das etwa doppelt so groß war wie das von Australopithecus. H. erectus zeigten auch Belege für Werkzeug- und Feuereinsatz und komplexere soziale Gruppen.

Nachdem der anatomisch moderne Mensch und seine verlorenen Cousins, die Neandertaler und Denisovaner, auf dem Schauplatz angekommen waren, hatte sich das Gehirn auf ein Volumen von etwa 1,4 Litern erweitert. Das meiste dieses Wachstums fand in einer Gehirnregion statt, die als Neokortex bezeichnet wird.

"Der Neocortex ist so interessant, weil dies der Sitz kognitiver Fähigkeiten ist, die uns in gewisser Weise zu einer menschenähnlichen Sprache und logischem Denken machen", sagte Florio gegenüber WordsSideKick.com.

Der Neocortex ist so groß, weil er voll mit Neuronen oder Gehirnzellen ist. Welche genetischen Veränderungen führten jedoch zu dieser Neuronenexplosion?

Einzelgen

Um diese Frage zu verstehen, untersuchte Florio zusammen mit ihrem Doktorvater, Dr. Wieland Huttner, einem Neurobiologen, ebenfalls am Max-Planck-Institut, eine Art neuronaler Vorläuferzelle, eine Stammzelle, die während der Embryonalentwicklung Gehirnzellen teilt und dann bildet. In Mäusen teilen sich diese Zellen einmal und bilden dann Neuronen. Beim Menschen teilen sich diese gleichen Zelltypen jedoch oft, bevor sie eine große Anzahl von Neuronen bilden.

Florio isolierte diesen Zellpool und analysierte dann die Gene, die sowohl bei Mäusen als auch beim Menschen in einem Stadium der Entwicklung des Gehirns aktiviert wurden. (Die Forscher untersuchten diesen Prozess bei beiden 13-wöchigen Schwangerschaftsföten, deren Gewebe nach Abtreibungen von Frauen gespendet worden war, und bei Mäusen nach 14 Tagen Schwangerschaft.)

Die Forscher fanden heraus, dass ein bestimmtes Gen namens ARHGAP11B in den menschlichen neuralen Vorläuferzellen aktiviert und hochaktiviert war, in Mäusezellen jedoch überhaupt nicht vorhanden war. Dieser winzige DNA-Ausschnitt, nur 804 Buchstaben oder Basen lang, war einst Teil eines viel längeren Gens, aber irgendwie wurde dieses Fragment dupliziert und das duplizierte Fragment wurde in das menschliche Genom eingefügt.

Dann fügte das Team dieses DNA-Snippet in das Gehirn von Mäusen ein und drückte es an. Obwohl Mäuse normalerweise einen winzigen, glatten Neokortex haben, wuchsen die Mäuse mit der Insertion des Gens, was wie größere Neokortices aussah; Diese aufgedampften Hirnregionen enthielten eine Menge Nervenzellen, und einige begannen sogar, die charakteristischen Falten oder Windungen des menschlichen Gehirns zu bilden, eine Geometrie, die viel dichtes Hirngewebe in einen kleinen Raum packt. (Die Forscher überprüften nicht, ob die Mäuse tatsächlich intelligenter wurden, obwohl dies ein potenzieller Weg für die zukünftige Forschung ist, sagte Florio). [Die 10 größten Geheimnisse des Geistes]

Einzigartiges Gen

Aufbauend auf früheren Arbeiten von Evan Eichler und Kollegen an der University of Washington untersuchte das Team auch die Genome einiger anderer Spezies und bestätigte, dass Neandertaler und Denisovans dieses Gen hatten, Schimpansen und Mäuse jedoch nicht.

Dies deutet darauf hin, dass das Gen kurz nach der Abspaltung des Menschen von Schimpansen aufgetaucht ist und den Weg für die schnelle Expansion des menschlichen Gehirns ebnete.

Dennoch ist es unwahrscheinlich, dass diese genetische Veränderung die Intelligenz des Menschen vollständig erklären kann, sagte Huttner. Sowohl der Mensch als auch der Neandertaler hatten große Gehirne, aber die einzigartige Intelligenz des Menschen hat möglicherweise mehr damit zu tun, wie Gehirnzellen im Laufe der Zeit neuronale Netzwerke bilden und beschneiden, sagte er.

Obwohl das Gen viele weitere Neuronen schafft, mit denen man arbeiten kann, "wie diese Neuronen miteinander verbunden sind, damit wir zum Mond fliegen können, nicht aber der Neandertaler, ist dies wahrscheinlicher eine Funktion von in Neuronen exprimierten Genen" im Gegensatz zu Genen in Vorläuferzellen exprimiert, sagte Huttner zu WordsSideKick.com.

Das Gen wurde heute (26. Februar) in der Zeitschrift Science beschrieben.

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