Чому люди мають такий розвинений мозок, встановили учені

Мозок — це, мабуть, орган, який найбільше відрізняє людину від інших приматів. Його винятковий розмір, складність і можливості значно перевищують аналогічні показники будь-якого іншого виду на Землі.

Проте люди мають понад 95% спільного з шимпанзе геному. Чому за цих умов виникла така відмінність у розвитку мозку, встановили учені з Університету Каліфорнії у Санта-Барбарі (США).

Хоча складність нейронних шляхів людини не має собі рівних у тваринному світі, дослідники підозрюють, що наш унікальний інтелект не є результатом лише цього.

Учені в ході дослідження вивчали, як еволюціонували гени в різних типах клітин головного мозку людини порівняно з генами шимпанзе.

Вони виявили, що, хоча наші гени кодують майже всі ті самі білки, що й у інших мавп, багато наших генів є набагато продуктивнішими, ніж у інших приматів, — вказано у статті.

Кожен ген наказує клітині виробляти певну молекулу, але це робить не сама ДНК. Натомість інформація передається клітинним механізмам за допомогою молекули, яка називається РНК-месенджер (мРНК). Дослідники вимірюють експресію генів, спостерігаючи за кількістю мРНК, яку виробляє певний ген.

Раніше вже було відомо, що люди мають вищу експресію генів, ніж шимпанзе, але встановити точні деталі процесу заважав недостатній розвиток відповідних технологій. Тепер учені отримали можливість досліджувати ядра клітин по одному. Це дозволяє дослідникам розрізняти типи клітин, а часто навіть підтипи.

Так, мозок складається з багатьох різновидів клітин. Традиційно вчені поділяють клітини мозку на два основних типи:

• нейрони (передають електрохімічні сигнали, подібно до мідної проводки в будинку);
• гліальні (виконують більшість інших функцій, таких як «ізоляція проводів», підтримка структури та очищення від сміття). У людей гліальні клітини складають понад половину клітин мозку — набагато більший відсоток, ніж навіть у шимпанзе.

У межах нового дослідження учені вимірювали експресію генів, спостерігаючи за кількістю мРНК, яку певний ген виробляв у людей, шимпанзе та макак. В результаті:

• учені зафіксували відмінності в експресії близько 5−10% із загалом 25 тис. генів у дослідженні. Загалом людські клітини мали більше генів, котрі спонукали клітини збільшувати виробництво мРНК, порівняно з шимпанзе;
• це набагато більший відсоток, ніж дослідники раніше виявляли, коли вони не могли робити аналіз за типами клітин. І цей відсоток зріс до 12−15%, коли автори почали розглядати підтипи клітин.

Тепер ми бачимо, що окремі типи клітин мають свій власний еволюційний шлях, стаючи дійсно спеціалізованими, — зазначають дослідники.

Так, серед гліальних клітин найбільші відмінності в експресії генів показали олігодендроцити.

Ці клітини створюють ізоляцію, яка вкриває нейрони, дозволяючи їхнім електричним сигналам поширюватися набагато швидше та ефективніше — ще в більш ранніх дослідженнях учені помітили, що в людей співвідношення попередників і зрілих олігодендроцитів вище, ніж у шимпанзе. Це може бути пов’язано з дивовижною нейронною пластичністю та повільним розвитком людського мозку.

Підвищена складність нашої нейронної мережі, ймовірно, еволюціонувала не сама по собі, — наголошують дослідники. — Вона не могла з’явитися сама по собі. Вона не могла з’явитися, якщо всі інші типи клітин також не еволюціонували і не сприяли розширенню різноманітності нейронів, збільшенню їхньої кількості та складності мереж.

Тож, наголошують дослідники, що еволюція — це більше, ніж просто зміна генів.

Диференційована експресія генів — це те, як насправді еволюціонував людський мозок, — резюмують учені.