Генетические отличия помогли человеку разумному получить больше нейронов в кору головного мозга.

Почему мозг человека больше, чем мозг обезьян? Потому что в нём больше клеток. Любые клетки в зрелом организме возникли в ходе индивидуального развития из стволовых клеток-предшественников: стволовые клетки делятся, и их потомки постепенно приобретают специализацию и становятся клетками эпителия, клетками мышц, нейронами и т. д.

Череп современного человека (слева) и череп неандертальца. (Фото: Rowan Miller/ Flickr.com) 

Но стволовые клетки могут делиться медленно или быстро, долго или недолго. Вероятно, в человеческом мозге так много клеток получается оттого, что клетки-предшественники в нём делятся особенно активно. Один из генов, который управляет стволовыми клетками, называется ARHGAP11B. Он есть только у людей; точнее, у других млекопитающих он тоже есть, но в другой версии. Мы про него уже как-то рассказывали: в 2016 году сотрудники Института молекулярной и клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка опубликовали статью, в которой говорилось, что человеческий ARHGAP11B заставляет стволовые клетки развивающегося мозга делиться особенно активно. И что если ARHGAP11B пересадить мышам, в мышином мозге станет в два раза больше нейронов и у них даже начнут формироваться извилины (а у грызунов от природа извилин в мозге нет).

Но ARHGAP11B есть не только у человека разумного, его нашли также в геноме неандертальца и человека денисовского — ещё двух видов из рода Homo, которые когда-то жили бок о бок с Homo sapiens. Если сравнивать мозг человека разумного с мозгом неандертальца, то по размеру они будут примерно одинаковы, но форма будет отличаться (форму неандертальского мозга можно оценить по форме черепа). И вот те же самые исследователи решили подробнее изучить другой ген, TKTL1, который активен преимущественно в клетках-предшественниках, из которых образуются нейроны коры мозга. В нашем TKTL1 есть одна мутация, которая отличает его от неандертальской версии гена и от TKTL1 всех остальных зверей.

С человеческой версией TKTL1 сделали то же, что в своё время сделали с ARHGAP11B — пересадили мышам. В итоге у мышей появилось заметно больше клеток-предшественников для корковых нейронов, соответственно, появилось и больше самих зрелых нейронов. Складок на поверхности мозга, правда, не появилось, но зато они появились у хорьков, которым тоже пересадили человеческий TKTL1. У самих хорьков есть в коре есть небольшие складки, но с пересаженным TKTL1 они стали глубже.

Эксперименты с эмбриональными клетками человека дали те же результаты — в культуре клеток, у которых TKTL1 отключали, образовывалось меньше предшественников для корковых нейронов. Когда из эмбриональных клеток сделали мозговой органоид (микроскопическую трёхмерную модель мозга), то и в таком органоиде число клеток-предшественников для нейронов коры зависело от того, какая версия TKTL1 в нём работает.

Ген TKTL1 кодирует фермент, управляющий синтезом жирных кислот. Если жирных кислот будет мало, клетке будет трудно делиться — ведь они нужны как для наружной клеточной мембраны, так и для бесчисленных внутриклеточных органоидов. Очевидно, мутантный TKTL1 человека разумного обеспечивает делящиеся клетки большим количеством жирных кислот, нежели те версии TKTL1, которые были у неандертальцев и которые есть у других млекопитающих.

С большой долей уверенности можно предположить, что благодаря своему TKTL1 человека разумный получил развитую кору мозга — более развитую, чем у неандертальца, что сказалось на общей форме мозга, которую мы сравниваем у Homo sapiens и Homo neanderthalensis. Правда, если говорить более корректно, то TKTL1 был одним из тех генов, которые сделали человеческий мозг таким большим и умным. В нашем геноме есть и другие гены, влияющие на развитие мозга и чьи версии отличаются от неандертальских. Если мы хотим как можно полнее понять эволюцию человеческого мозга, нужно по возможности учитывать все молекулярно-генетические факторы.

Результаты исследований опубликованы в Science.