50万年前的基因突变，带给了人类非凡的认知能力

人类与尼安德特人和丹尼索瓦人的亲缘关系比与任何现存的灵长类动物的关系更密切，尼安德特人基因组的约40%仍然可以分布在整个人类中。但研究人员研究这些古老物种大脑的方法有限——软组织保存得不好，大多数研究都依赖于检查化石头骨的大小和形状。

一个基因脱颖而出

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“这是一个令人惊讶的重要基因，”加州大学旧金山分校的神经学家阿诺德·克里格斯坦说。然而，他预计这将是许多遗传因素之一，使其比其他人类具有进化优势。“我认为它为人类进化提供了一个全新的视角。”

当研究人员自2014年首次对尼安德特人的基因组进行完全测序时，他们确定了96种氨基酸 。有一个基因脱颖而出，该基因TKTL1编码一种蛋白质，该蛋白质是在胎儿大脑首次发育时产生的。人类TKTL1版本中的单个基因突变改变了一个氨基酸，导致蛋白质与人祖先，尼安德特人和非人类灵长类动物中发现的蛋白质不同。

研究人员创造了微小的，类似大脑的“类器官”，其中包含由两个已灭绝的人类亲戚尼安德特人和丹尼索瓦人隐藏的基因变异。这些组织由人类干细胞工程制成，远非这些物种大脑的真实代表 - 但它们显示出与人类类器官的明显差异，包括大小，形状和质地。

古老基因变体的脑类器官（下图）比类器官（上图）更小，质地粗糙。

 如何具有认知优势

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研究小组怀疑，这种蛋白质可能正在驱动神经祖细胞 ，它们发育成神经元 ，随着大脑的发展而增殖，特别是在一个称为新皮层的区域，它参与认知功能。他们推断，这可能是现代人类对人类祖先的认知优势的一个因素。

Pinson和她的团队将人类或祖先版本的TKTL1插入小鼠和雪貂胚胎的大脑中。具有人类基因的动物发育出更多的神经祖细胞。当研究人员从人类胎儿中设计新皮层细胞以产生祖先版本时，他们发现胎儿组织产生的祖细胞和神经元比平时少。当他们将TKTL1的祖先版本插入大脑类器官时也是如此 - 从人类干细胞中生长的迷你大脑样结构。

化石记录表明，人类和尼安德特人的大脑大小大致相同，这意味着现代人的新皮质要么更密集，要么占据大脑的更大一部分。赫特纳和平森说，他们感到惊讶的是，如此小的基因变化可以如此剧烈地影响新皮层的发育。“这是一个巧合的突变，产生了巨大的后果，”赫特纳说。

不同的声音

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加州大学圣地亚哥分校的神经科学家艾莉森·穆特里（Alysson Muotri）对此持怀疑态度。他指出，不同的细胞系在制成类器官时表现不同，并希望看到TKTL1的祖先版本在更多的人类细胞中进行测试。此外，他说，原始的尼安德特人基因组与现代欧洲人的基因组进行了比较，世界其他地区的人口可能与尼安德特人共享一些遗传变异。

尼安德特人的TKTL1版本在现代人中非常罕见，它是否会导致任何疾病或认知差异尚不清楚。Huttner说，证明它在认知功能中起作用的唯一方法是对总是具有该基因的人类形态的小鼠或雪貂进行基因工程改造，并与具有祖先版本的动物相比测试它们的行为。研究人员现在正计划进一步研究TKTKL1驱动脑细胞诞生的机制。（转化医学网360zhyx.com）

参考资料：

https://www.nature.com/articles/d41586-022-02895-2

https://www.science.org/doi/10.1126/science.ade4388

注：本文旨在介绍医学研究进展，不能作为治疗方案参考。如需获得健康指导，请至正规医院就诊。