Ученые создали "мини-мозг", чтобы выяснить отличия современных людей от неандертальцев (фото)

В новом исследовании, посвященном эволюции мозга, специалисты обнаружили, что одно изменение гена отделяет современных людей от наших более ранних предков, пишет Earth.com. 

Команда под руководством старшего автора исследования, генетика доктора Алиссон Р. Муотри в UC San Diego Stem Cell Program разработала "мини-мозги", чтобы лучше понять, чем мы так отличаемся от наших родственников — неандертальцев и денисовцев.

"Эволюционные исследования в значительной степени опираются на генетику и анализ окаменелостей, чтобы изучить, как вид меняется с течением времени, но ни один из подходов не может предоставить достаточно информации о развитии и функционировании мозга, потому что мозг не окаменевает", — объяснила доктор Муотри. 

Ученые применили другой подход к реконструкции мозга, используя стволовые клетки, предшественники других типов клеток, которые можно использовать для создания миниатюрных мозгов в лаборатории. 

Команда задокументировала различия между геномами современных людей, неандертальцев и денисовцев, которые жили примерно от 2,6 млн. до 11 700 лет назад. 

Имитируя изменения, обнаруженные в одном из генов неандертальцев, исследователи использовали стволовые клетки для создания органоидов мозга.

"Удивительно видеть, что одно изменение пары оснований в ДНК человека может изменить то, как устроен мозг. Мы не знаем точно, как и когда в нашей эволюционной истории произошло это изменение, но оно может помочь объяснить некоторые современные способности в социальном поведении, языках, адаптации, творчестве и использовании технологий", — сказала доктор Муотри. 

Изначально исследование выявило 61 генов, которые отличались у Homo sapiens и вымерших людей. Один из них, NOVA1, является главным генным регулятором, влияющим на многие другие гены на раннем этапе развития мозга. 

Используя метод редактирование генов CRISPR, специалисты разработали современные стволовые клетки человека с мутацией неандертальцев в NOVA1, а затем преобразовали их в клетки мозга и, в конечном итоге, в мини-мозг. 

Эти органоиды — небольшие скопления клеток мозга, но они не совсем такие, как сам мозг. Например, у них отсутствует связь с другими системами органов, такими как кровеносные сосуды. Однако органоиды являются полезными моделями для изучения генетики, развития заболеваний и реакции на медикаментозное лечение. 

Команде доктора Муотри даже удалось разработать мини-мозг с организованными электрическими колебательными волнами, подобными тем, которые производит мозг человека. 

По словам исследователей, органоиды неандертальцев сильно отличались от органоидов Homo sapiens даже невооруженным глазом. Помимо совершенно разной формы, они различались как по способу размножению клеток, так и по тому, как формировались их связи между нейронами или синапсами. 

Кроме того, эксперты сообщают, что электрические импульсы мини-мозга с мутацией NOVA1 были более активными на ранних стадиях, но не синхронизировались в сетях. 

Доктор Муотри отметила, что изменения нейронной сети, наблюдаемые в органоидах мозга неандертальцев, параллельны тому, как новорожденные приматы приобретают новые способности быстрее, чем человеческие младенцы.

"Это исследование было сосредоточено только на одном гене, который отличается у современных людей и наших вымерших родственников. Однако мы также хотим взглянуть на другие 60 генов и на то, что происходит, когда каждый из них или комбинация из двух или более генов изменяются. Мы с нетерпением ждем нового сочетания биологии стволовых клеток, нейробиологии и палеогеномики", — заключила Муотри.