Содержание
Ученые из Германии сравнили стволовые клетки мозга человека и неандертальца — Газета.Ru
Ученые из Германии сравнили стволовые клетки мозга человека и неандертальца — Газета.Ru | Новости
close
100%
Ученые из Дрезденского и Лейпцигского университетов (Германия) обнаружили, что стволовые клетки в развивающемся мозге современных людей делятся дольше, но совершают при этом меньше ошибок по сравнению с клетками неандертальцев. Исследование опубликовано в журнале Science Advances.
После того, как разошлись эволюционные пути наших предков с неандертальцами и денисовцами, у нас появились сотни аминокислотных замен (мутаций) в нескольких белках. Постепенно они распространились среди всех современных людей, но биологическое значение этих изменений неизвестно. Шесть из этих замен произошли в трех белках, играющих ключевую роль в распределении хромосом между двумя дочерними клетками во время клеточного деления.
Мыши и неандертальцы идентичны по этим шести позициям аминокислот. Заменив их аминокислоты на человеческие, ученые обнаружили, что деление клеток у мышей стало длиться дольше.
Особенно заметно увеличилась фаза, в которой хромосомы готовятся к клеточному делению. Это привело к снижению количества ошибок распределения хромосом между дочерними клетками нервных стволовых клеток. Чтобы проверить, окажет ли набор аминокислот неандертальца противоположный эффект у человека, исследователи использовали органоиды человеческого мозга — миниатюрные органоподобные структуры, которые можно выращивать из стволовых клеток человека в чашках для культивирования. Заменив аминокислоты в белках органоидов с человеческих на неандертальские, ученые в итоге обнаружили больше ошибок в распределении хромосом.
Это может означать, что неандертальцы были более подвержены хромосомным болезням мозга, в том числе и раку. Авторы работы считают, что нужны дальнейшие исследования, которые покажут, имеется ли связь между этими мутациями, ошибками при делении и уникальными признаками человека и его здоровьем.
Подписывайтесь на «Газету.Ru» в Новостях, Дзен и Telegram.
Чтобы сообщить об ошибке, выделите текст и нажмите Ctrl+Enter
Новости
Дзен
Telegram
Алексей Мухин
Хромая утка по-пекински
О возможном конфликте США и Китая
Мария Дегтерева
Там чудеса, там леший бродит
О бюрократии и чиновничестве в России
Иван Глушков
В дебрях Севера
О гастрономическом путешествии на Таймыр
Дмитрий Самойлов
Праздник за праздником
О Дне народного единства и Дне Октябрьской революции
Марина Ярдаева
Битва за оценки.
Как быть проигравшим?
Об аутсайдерах гонки за средний балл аттестата
Найдена ошибка?
Закрыть
Спасибо за ваше сообщение, мы скоро все поправим.
Продолжить чтение
Ученые: неандертальцы могли вымереть не из-за вражды с гомо сапиенс, а в результате скрещивания с ними
Подпишитесь на нашу рассылку ”Контекст”: она поможет вам разобраться в событиях.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
По версии ученых, к гибели неандертальцев привело регулярное скрещивание с гомо сапиенс
Почему именно вымерли неандертальцы, для ученых до сих пор большая загадка. Есть гипотеза, что к этому привела борьба с гомо сапиенс (линия развития нынешнего человечества). Но возможно, все было наоборот — неандертальцы вымерли не из-за вражды и соперничества с гомо сапиенс, а из-за того, что скрещивались с ними.
Авторы исследования, опубликованного в журнале PaleoAnthropology, полагают, что исчезновение неандертальцев могло стать результатом долгого скрещивания между этими двумя видами — количество особей с неандертальской ДНК постепенно сокращалось и в итоге сошло на нет.
Правда, исследователи оговариваются: пока расшифровано всего 32 генома неандертальцев — выборка небольшая и, возможно, не самая показательная, и для более уверенных выводов нужны дальнейшие исследования.
Профессор Крис Стрингер, научный руководитель Музея эволюции человека и соавтор статьи, говорит, что до сих пор в научном сообществе мало обсуждают, как именно произошло скрещивание этих двух видов.
«Мы предполагаем, что именно это могло привести к вымиранию неандертальцев — если они регулярно скрещивались с гомо сапиенс, это могло сокращать их популяцию до тех пор, пока они не исчезли», — говорит он.
Первая встреча
Около 2% людей, живущих сейчас за пределами Африки, носят в себе гены неандертальцев.
Это объясняется ареалом обитания неандертальцев.
- Во Франции нашли пещеру, в которой жили и неандертальцы, и наши предки. Как это меняет представления о каменном веке?
- Неандертальцы: такие же люди, как мы, просто им не повезло?
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
Репродукция неандертальского мужчины на выставке Музея естественной истории в Лондоне, апрель 2022
600 тысяч лет назад гомо сапиенс жили на Африканском континенте, в то время как неандертальцы заняли территории современной Европы и Азии (вплоть до южной Сибири).
Сотни тысяч лет они существовали параллельно, не пересекаясь. Пока примерно 250 тысяч лет назад гомо сапиенс не начали предпринимать вылазки за пределы Африки. Тогда-то, согласно генетическим данным, они и встретились с неандертальцами.
«Не зная точно, как выглядели и вели себя неандертальцы, мы можем только предполагать, что гомо сапиенс подумали, что встретили своих родственников», — размышляет профессор Стингер.
При этом, между ними, по всей вероятности, был сильный языковой барьер — значительно больше, чем между любыми современными языками. Как следствие, и мозг и голосовой аппарат у этих видов были разными.
Была между ними и разница почти в 600 генов, которые отвечают за внешний вид и развитие, особенно те, что касались строения лица и голоса. У неандертальцев, например, была мощная надбровная дуга, которая служила еще и средством коммуникации для передачи сигналов.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
Репродукция неандертальской женщины из пещеры Сидон в Астурии. Зал предыстории в Национальном археологическом музее в Мадриде, Испания.
Однако различия не помешали неандертальцам и гомо сапиенс начать размножаться друг с другом. Детали пока не ясны, известно только, что неандертальские гены, которые есть в нас сейчас — не то же самое, что получалось в результате того раннего скрещивания, когда гомо сапиенс только вышли из Африки.
Современные неандертальские гены — результат гораздо более поздних массовых миграций, которые предприняли гомо сапиенс примерно 60 тысяч лет назад.
Как они скрещивались?
Скрещивание во время первых походов гомо сапиенс на север могло быть результатом взаимного ухаживания, но возможно и то, что оно было не вполне дружелюбным.
Во всяком случае, наши ближайшие родственники — современные шимпанзе — демонстрируют оба типа поведения.
Когда в природе скрещиваются разные виды (и животные, и растения), бывает так, что размножение может идти только в каком-то одном направлении. Например, самец одного вида может оплодотворить самку другого, но если самка первого вида скрещивается с самцом второго, то у них с размножением ничего не получится.
Короткая митохондриальная ДНК современных людей, характерная для неандертальцев, передается от матери, что позволило ученым сделать вывод, что потомство могли производить только самки неандертальцев с самцами гомо сапиенс.
Есть также некоторые свидетельства того, что самцы-гибриды могли быть менее плодовитыми, чем самки.
Автор фото, Getty Images
Подпись к фото,
Неандертальская семья в пещере 50 тысяч лет назад. Репродукция в Филдовском музее естественной истории, Чикаго.
Пропустить Подкаст и продолжить чтение.
Подкаст
Что это было?
Мы быстро, просто и понятно объясняем, что случилось, почему это важно и что будет дальше.
эпизоды
Конец истории Подкаст
По мере того, как неандертальцы все больше скрещивались с гомо сапиенс, они все меньше спаривались между собой. А учитывая, что группы неандертальцев были и так малочисленны и сильно разбросаны из-за климатических условий (в Европе и Азии в то время погодные условия были значительно более суровыми, чем сейчас), гибридизация этого вида в конечно счете привела к его вымиранию.
«Мы не знаем, стал этот очевидно односторонний поток генов результатом того, что скрещивания в другую сторону происходили, но были неудачными, либо просто имеющаяся у нас выборка неандертальских генов нерепрезентативна», — говорит процессор Стрингер.
«По мере расшифровки большего количества геномов неандертальцев мы сможем увидеть, передавалась ли от гомо сапиенс неандертальцам какая-то ядерная ДНК, и тогда сможем понять, насколько верна наша идея», — добавляет он.
Ученым предстоит ответить и на аналогичные вопросы по отношению к другому виду гоминидов — денисовскому человеку или денисовцу — чтобы составить более полную картину того, как наш вид взаимодействовал с ближайшими родственниками.
Денисовский человек — это вымерший вид или подвид людей, ставший известным после находки фрагментов скелета в Денисовой пещере в Алтайском крае. Денисовцы населяли ареал, пересекающийся по времени и месту с территориями в Азии, где жили неандертальцы и современные люди.
Мозг неандертальца — подсказки о познании — SAPIENS
Колонка
/
Экскурсии
В этой части нашего подробного тура по телу неандертальца мы рассмотрим умственные способности гоминидов.
Обратите внимание, что в этой статье есть изображения человеческих останков.
✽
Одной из самых волнующих тем о неандертальцах является их познание: как оно развивалось и сильно ли оно отличалось от моделей мышления в Человек разумный .
Из археологических данных мы знаем, что большая часть поведения неандертальцев в охоте, собирании пищи и изготовлении инструментов была очень похожа на поведение анатомически современных людей в тот же период времени, около 50 000 лет назад. Недавние данные об искусстве неандертальцев также предполагают, что у них был потенциал для символического и абстрактного мышления, который ранее приписывался только H. sapiens . Эти подсказки намекают на то, что неандертальцы, возможно, в целом были способны к тем же умственным задачам, что и анатомически современные люди, и все же стандартное мнение состоит в том, что современные люди выиграли эволюционную гонку.
Что позволило им победить? Было ли что-то несоответствующее когнитивным способностям неандертальцев?
Исследователи никогда не находили мягких тканей неандертальцев. Но даже в отсутствие настоящего серого вещества исследователи все же могут увидеть что-то от мозга неандертальца, просто взглянув на череп. Мозг и его костная оболочка срастаются так тесно, что на внутренней стороне черепа действительно можно увидеть отпечаток мягких тканей. Размер, форма и текстура, отпечатанные на поверхности этого пустого пространства (вместе создавая реальную или виртуальную форму, называемую эндокастом), раскрывают кое-что о мозге, когда-то находившемся внутри.
В целом эндокасты неандертальцев и, следовательно, их мозг больше и имеют другую форму, чем у современных людей. Затылочная (задняя) часть черепа неандертальца удлинена, что приводит к особенности, называемой «затылочный пучок». Представьте себе балерину с волосами, завязанными сзади у основания черепа, и вы получите приблизительное представление о ее форме.
Исследователи задались вопросом, как этот больший размер и странная форма могут также повлиять на размер и форму различных областей мозга, таким образом влияя на модели познания.
В исследовании 2018 года использовались компьютерная томография четырех черепов взрослых неандертальцев и четырех анатомически современных черепов H. sapiens , а также МРТ-сканирование более тысячи живых людей для создания эндокастов их мозга. Как и ожидалось, мозг неандертальца был немного больше и вытянутее, чем у современного человека. Чтобы выяснить, как все различные области мозга, вероятно, вписываются в пространство различной формы неандертальца, команда использовала мозг современного человека в качестве отправной точки и манипулировала им с помощью программного обеспечения, чтобы подогнать пропорции эндокаста неандертальца. Исследование показало, что в начале H. sapiens , вероятно, имел более крупный мозжечок, чем у неандертальцев — часть мозга, которая у современных людей важна как для двигательных навыков, так и для высшего познания, включая обработку речи, обучение и мышление, а также социальные способности.
Различия в том, как популяции неандертальцев и H. sapiens передавали информацию в своих социальных группах и передавали навыки, важные для образа жизни охотников-собирателей, могли оказать серьезное влияние на успех и приспособляемость каждой популяции.
Рост мозга неандертальца от младенчества до взрослой жизни также является процессом, который исследователи могут понять, изучая эндокасты. Особенно важной окаменелостью для этой темы является скелет маленького ребенка мужского пола, которому было около 8 лет, когда он умер. Череп этого неандертальца, обнаруженный в испанском городище Эль-Сидрон, все еще рос на момент его смерти и составлял лишь около 87 процентов от полного объема среднего взрослого мужчины-неандертальца. Напротив, человеческий ребенок того же возраста прошел бы почти 95 процентов от их общего роста черепа. Наряду с другими подобными находками младенцев и детей в Европе и Леванте это говорит о том, что после рождения мозг неандертальца развивался медленнее, чем мозг современного человека.
Частично этот более медленный темп роста может иметь свои корни в эволюционном компромиссе между большим мозгом и ограничениями родовых путей. Голова младенца может быть такой большой только до того, как рождение станет опасным как для матери, так и для новорожденного. Еще одним фактором, ограничивающим размер мозга, являются высокие энергетические затраты на выращивание мозговой ткани. По этим причинам мы, люди с большим мозгом, в отличие от других приматов, рождаемся до того, как большая часть нашего мозга закончила развиваться. В результате мать младенца или другие члены социальной группы должны заботиться о новорожденном до тех пор, пока он не сможет постоять за себя. Основываясь на том, что исследователи теперь знают из эндокастов неандертальцев, процесс созревания у наших вымерших родственников был еще более длительным.
Окончательное понимание мозга неандертальца пришло из мира генетики. Пытаясь понять, как мог функционировать мозг неандертальца, ученые из Программы стволовых клеток Калифорнийского университета в Сан-Диего (UCSD) культивируют крошечные версии мозга неандертальца в чашке.
Приблизительно одна треть генома человека, или около 10 000 генов, регулируют развитие нервной системы. А современные люди, живущие за пределами Африки, имеют менее 4% ДНК неандертальца. Но один конкретный ген неврологического развития, NOVA1, очень похож у людей и неандертальцев — между ними различается только одна пара «букв» ДНК. Это делает его отличной мишенью для изучения. Директор программы Алиссон Муотри и его коллеги используют инструмент редактирования генов CRISPR для изменения стволовых клеток современного человека, настраивая их код NOVA1, чтобы он соответствовал коду неандертальца. Затем они уговаривают клетки стать клетками мозга в чашке Петри — процесс, который занимает от шести до восьми месяцев.
Исследование NOVA1 находится только на начальной стадии, и крошечные части клеток мозга неандертальца, в настоящее время занимающие лабораторное пространство в Калифорнийском университете в Сан-Франциско, пока не могут сказать нам, как функционировал мозг неандертальца.
Но, наряду с тем, что можно почерпнуть из черепа неандертальца, это исследование представляет собой интригующий взгляд на разум неандертальца.
Эта колонка является частью продолжающейся серии статей о теле неандертальца: обзор с ног до головы. Смотрите нашу интерактивную графику.
Коррекция: 10 мая 2019 г.
В более ранней версии этой статьи неверно указано, что Современные люди имеют приблизительно 20 процентов из нашего генома W . Правильная цифра 1-4 процента. Это утверждение также было исправлено, чтобы определить процент общего генетического материала с современными людьми за пределами Африки.
Фейсбук
Твиттер
Эл. адрес
Повторная публикация
Вы можете повторно опубликовать эту статью в Интернете и/или в печатном виде в соответствии с лицензией Creative Commons CC BY-ND 4.0. Мы просим вас следовать этим простым правилам, чтобы соблюдать требования лицензии./fc733ef7eeff2e1.s.siteapi.org/img/e1380c913fc44212dd8d09c31d7678315d1b18a9.jpg)
Короче говоря, вы не можете вносить правки, кроме незначительных стилистических изменений, и вы должны указать автора и отметить, что статья изначально была опубликована на SAPIENS.
Прилагаемые фотографии не включены ни в какие соглашения о переиздании; запросы на повторную публикацию фотографий должны направляться непосредственно правообладателю.
Нравится наша работа?
Ваша поддержка делает SAPIENS доступным для всех.
(RE)THINK HUMAN
Получайте наш информационный бюллетень с новыми историями, доставляемыми на ваш почтовый ящик каждую пятницу.
Фейсбук
Твиттер
Эл. адрес
Повторная публикация
Вы можете повторно опубликовать эту статью в Интернете и/или в печатном виде в соответствии с лицензией Creative Commons CC BY-ND 4.0. Мы просим вас следовать этим простым правилам, чтобы соблюдать требования лицензии.
Короче говоря, вы не можете вносить правки, кроме незначительных стилистических изменений, и вы должны указать автора и отметить, что статья изначально была опубликована на SAPIENS.
Прилагаемые фотографии не включены ни в какие соглашения о переиздании; запросы на повторную публикацию фотографий должны направляться непосредственно правообладателю.
Любите нашу работу?
Ваша поддержка делает SAPIENS доступным для всех.
(RE)THINK HUMAN
Получайте наш информационный бюллетень с новыми историями, доставляемыми на ваш почтовый ящик каждую пятницу.
Мозг неандертальцев развивался иначе, чем у современных людей
Стволовые клетки мозга современных людей делают меньше ошибок в распределении своих хромосом дочерним клеткам
Неандертальцы являются ближайшими родственниками современных людей. Неокортекс, самая большая часть внешнего слоя мозга, уникален для млекопитающих и имеет решающее значение для многих когнитивных способностей. Исследователи из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка в Дрездене и Института эволюционной антропологии Макса Планка в Лейпциге обнаружили, что нейральные стволовые клетки — клетки, из которых происходят нейроны в развивающейся неокортексе — тратят больше времени на подготовку своих хромосом к деления у современных людей, чем у неандертальцев.
Это приводит к меньшему количеству ошибок при распределении хромосом в дочерние клетки у современных людей, чем у неандертальцев или шимпанзе, и может иметь последствия для развития и функционирования мозга.
После отделения предков современного человека от предков неандертальцев и денисовцев, их азиатских родственников, около сотни аминокислот, строительных блоков белков в клетках и тканях, изменились у современных людей и распространились почти на всех современных людей. Биологическое значение этих изменений в значительной степени неизвестно. Однако шесть из этих аминокислотных замен произошли в трех белках, играющих ключевую роль в распределении хромосом, носителей генетической информации, между двумя дочерними клетками во время клеточного деления.
Чтобы исследовать значение этих шести изменений для развития неокортекса, ученые сначала познакомили мышей с современными человеческими вариантами. Мыши идентичны неандертальцам по этим шести позициям аминокислот, поэтому эти изменения сделали их моделью развивающегося современного человеческого мозга.
Фелипе Мора-Бермудес, ведущий автор исследования, описывает открытие: «Мы обнаружили, что три аминокислоты современного человека в двух белках вызывают более длительную метафазу, фазу, в которой хромосомы готовятся к клеточному делению, и это приводит к меньшему ошибки, когда хромосомы распределяются между дочерними клетками нервных стволовых клеток, как у современных людей».
Чтобы проверить, оказывает ли набор аминокислот неандертальца противоположный эффект, исследователи затем ввели наследственные аминокислоты в органоиды человеческого мозга — миниатюрные органоподобные структуры, которые можно выращивать из стволовых клеток человека в чашках для культивирования клеток в лаборатории и которые имитируют аспекты раннего развития человеческого мозга. «В этом случае метафаза стала короче, и мы обнаружили больше ошибок в распределении хромосом». По словам Мора-Бермудес, это показывает, что эти три замены аминокислот современного человека в белках, известных как KIF18a и KNL1, ответственны за меньшее количество ошибок распределения хромосом, наблюдаемых у современных людей, по сравнению с моделями неандертальцев и шимпанзе.