«Две главных черты человека – большие размеры мозга и замедленное развитие нервной системы внутри утробы матери. Теперь нам удалось раскрыть молекулярные механизмы развития и той, и другой особенности Homo sapiens, которые, как оказалось, включаются на самых ранних стадиях развития мозга», – цитирует РИА «Новости» со ссылкой на журнал Cell Дэвида Хаусслера из университета Калифорнии в Санта-Крузе.
Отмечается, что геномы человека и шимпанзе совпадают на 99%, однако нервные системы homo sapiens развиваются совершенно по-разному и страдают от различных проблем в старости. Эти различия мешают ученым использовать приматов для исследования различных болезней и способности человека членораздельно говорить и мыслить.
В последнее время исследователи открыли несколько сотен генов, отвечающих за развитие мозга и отличающиеся по структуре в геномах человека и шимпанзе. Однако генетики так и не смогли найти участков ДНК, отвечающих за необычайно крупные, по сравнению с остальным телом, размеры человеческого мозга. Как полагают нейрофизиологи и генетики, причина отличия кроется не столько в структуре генов, сколько в различиях в их активности в разных частях мозга.
Вместе с коллегами Дэвид Хаусслер смог найти «Священный Грааль эволюции мозга человека», изучая структуру разных генов на первой хромосоме homo sapiens, удаление которых очень часто приводит к развитию микроцефалии, а удвоение или повреждение – макроцефалии или тяжелых форм аутизма.
Ученые полагают, что в этом участке генетического находится набор генов из семейства NOTCH2, отвечающих за развитие «заготовок» нейронов и формирование будущих тканей мозга в зародыше млекопитающих. Их структура почти не отличается в ДНК всех приматов и они, как недавно показали ученые из России, работают одинаковым образом при развитии зародыша.
Изучая активность этих участков ДНК в культурах стволовых клеток, Хаусслер и его коллеги заметили, что в человеческих клетках работает «лишний» ген, который отсутствует или не работает в заготовках нейронов приматов.
Изучив его структуру, ученые пришли к выводу, что ген NOTCH2NL появился в ДНК наших предков примерно 3-4 млн лет назад в результате «удачных» ошибок при копировании первой хромосомы.
Первая ошибка привела к тому, что один из генов семейства NOTCH2 был частично скопирован и встроен в ДНК первых Homo. Это превратило его в «мусорный» псевдоген, который играл какой-либо роли в работе организма.
Вторая ошибка «починила» его поврежденные части, в результате в геноме протолюдей появился новый участок ДНК, поменявший программу развития нервной системы, который в ходе последующей эволюции наших предков несколько раз был скопирован. Как показали опыты ученых на стволовых клетках, удаление NOTCH2NL приводит к тому, что заготовки нервных клеток начинают быстрее «взрослеть» и реже делиться.
«Одна стволовая клетка, участвующая в росте мозга, может дать жизнь двум нейронам или еще одной заготовке и одной нервной клетке. NOTCH2NL заставляет их выбирать второй вариант, что позволило нашему мозгу вырасти в объеме. Как часто происходит в истории эволюции, небольшое изменение в работе стволовых клеток привело к очень большим последствиям», – отмечается в публикации.
Напомним, ранее ученые из университета Эдинбурга выяснили, что плохое зрение и связанная с этим необходимость носить очки связаны с более высоким уровнем интеллекта, выяснили. Также сообщалось, что ведущие мировые палеогенетики в ближайшие месяцы создадут миниатюрные подобия мозга неандертальцев, используя стволовые клетки с частично «неандертальской» ДНК.