《Science》狨猴實驗證實:人類獨有基因 為大腦皮質快速演化關鍵

2020/06/22
《Science》狨猴實驗證實:人類獨有基因 為大腦皮質快速演化關鍵
在靈長類的演化過程中,人類因大腦「新皮質」(neocortex)區域的迅速擴張,發展出高度的認知功能,但其中的基因機制一直是謎團。直到近(18)日,一組由德國和日本科學家組成的研究團隊,利用狨猴(ma

《Science》狨猴實驗證實:人類獨有基因 為大腦皮質快速演化關鍵 (圖片來源:網路)

2020.06.22環球生技雜誌/記者 巫芝岳 編譯

在靈長類的演化過程中,人類因大腦「新皮質」(neocortex)區域的迅速擴張,發展出高度的認知功能,但其中的基因機制一直是謎團。直到近(18)日,一組由德國和日本科學家組成的研究團隊,利用狨猴(marmoset)胚胎證明,人類獨有的基因「ARHGAP11B」,是演化過程中讓人類大腦功能「迅速進化」的關鍵之一,研究論文榮登頂尖期刊《Science》。

「新皮質」是哺乳動物大腦皮質的一部分,過去科學家已發現,新皮質部位的擴張,在靈長類演化過程中,與探索、學習等認知功能的提升有高度關聯,且是目前所知演化過程中最晚發生改變的部分。

人類的新皮質面積是黑猩猩的三倍,且因為頭骨內空間有限,其摺皺的數量也在演化過程中不斷增加。

過去科學家亦發現,人類特有的基因「ARHGAP11B」,會促使腦部幹細胞增生、新皮質擴大;在小鼠與雪貂的研究中,也證實若大量表現該基因,會使其大腦新皮質擴大,但在靈長類體內的機制尚不清楚。

本次由德國馬克斯·普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所(MPI-CBG),與日本慶應大學、理化學研究所(RIKEN)、川崎實驗動物中央研究所組成的研究團隊,則透過原生於南美洲、名為「普通狨猴」(common marmoset,學名Callithrix jacchus)的狨猴身上,證實該基因表現在靈長類身上時,確實會引起新皮質的擴大。

Wieland Huttner領導的研究團隊,先是在2015年發現ARHGAP11B基因可使小鼠胚胎神經細胞數量增加、增加新皮層的面積;接著又在2016年發現,該基因是因為一個單一鹼基的點突變,才導致基因僅在人類中表現。

這項點突變可能發生在演化過程中的五百萬年前,且是導致人類大腦體積快速增加的關鍵。

研究團隊利用基因轉殖技術,讓原本不帶有ARHGAP11B基因的普通狨能表現該基因,並針對受精後101天大的狨猴胎兒(約出生前50天)大腦進行研究。

結果發現,狨猴胎兒的新皮質面積的確增大、腦皮質板(cortical plate)比一般胎兒來得厚、皮質褶皺變多;且目前已知是靈長類演化過程中,數量不斷增加的細胞類型——放射狀膠質細胞前驅物(radial glia cell progenitors),也被觀察到數量增多的現象。

Huttner表示,基於科學倫理考量,這項研究僅針對尚未出生的猴子胚胎進行;而此研究已得以顯示,ARHGAP11B基因在人類演化過程中,的確扮演讓新皮質擴張、進一步增加腦容量的重要角色。

參考資料:

1.論文原文:https://science.sciencemag.org/content/early/2020/06/17/science.abb2401

2.https://www.sciencedaily.com/releases/2020/06/200618150301.htm