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最新发现:人类大脑比非人类灵长类动物大脑大的关键秘密

是什么让我们和非人类灵长类动物——我们最亲密的近亲——分开来?从科学上讲,最大的区别之一是我们大脑的大小——而现在,我们已经发现了人类大脑无与伦比的增长背后的一个关键秘密。

最新发现:人类大脑比非人类灵长类动物大脑大的关键秘密

在比较不同类型的脑器官(从干细胞中生长的脑组织小型化)的新研究中,科学家发现人类、大猩猩和黑猩猩脑组织在神经干细胞发育方面存在重大发育差异。

神经干细胞(也称为神经皮细胞)是多能干细胞的一种形式,产生构成中枢神经系统的神经元和胶质细胞。但新的研究表明,这种转变在早期大脑发育过程中发生的方式在所有灵长类动物中是不一样的。

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当神经干细胞过渡到特定的脑细胞类型时,它们会改变其形状,这反过来又会影响它们分裂并最终形成神经元的速度。在小鼠中,众所周知,这种变形发生在几个小时内,最终限制了动物产生的脑细胞数量。

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上图:神经干细胞在五天内,与猿类(右)相比,人类的形状变化不同(左)。

现在,来自英国医学研究理事会分子生物学实验室(LMB)的科学家已经表明,这个过程在灵长类动物中需要更长的时间,实际上持续了几天。对于大猩猩和黑猩猩来说,延迟的变形会给它们大约五天的时间继续产生新的神经元。

人类神经皮质细胞的过渡时间甚至更长——甚至整整一个星期,使神经生成过程能够运行更多的时间,这反过来又产生更多的脑细胞、更多的脑组织,并最终产生更大的大脑(或者,如这里所看到的,更大的器官坐在盘子里)。

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“我们发现,早期大脑细胞形状的延迟变化足以改变发育过程,有助于确定产生神经元的数量,”英国医学研究理事会分子生物学实验室(LMB)发育生物学家和首席研究员马德琳·兰开斯特解释道,"值得注意的是,细胞形状相对简单的进化变化可能会对大脑进化产生重大影响。

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然而,除了确定过渡的差异外,对器官的分析也揭示了发展变化的可能。

据研究人员称,一种名为ZEB2的基因在调节过程中起着核心作用,促使神经干细胞改变形状,提前有效成熟,从而缩短了它们在成为最终形成神经元的祖细胞之前可以增殖的时间。

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上图:五周大的人脑类器官,比大猩猩和黑猩猩类器官大(分别从左到右)。

不仅如此,在 ZEB2 表达动力学操纵的实验中,研究人员还表明,器官也可以操纵——当基因增强时,人脑器官变得更小,而大猩猩器官在 ZEB2 被抑制时更类似于人类脑组织的体积。

研究人员强调类器官组织永远无法完美地代表实际动物器官,因此我们不能得出ZEB2活性和非活性在人类或非人类灵长类动物大脑中的作用完全相同的结论。

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尽管如此,研究人员说,这是一个巨大的线索,可能解释了人类与其他大猿猴在大脑大小上的很大差异——未来的研究,包括对转基因小鼠进行实验或对猿胚进行成像,可能会进一步阐明这一点。

“这为人类大脑发育的不同之处提供了一些初步的见解,这使我们与最亲近的亲戚,其他伟大的猿类区分开来。” 兰开斯特说,“我觉得我们真的已经了解到了一些有关我感兴趣的问题的基础知识,直到我能记住,这才使我们变得人性化。”

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