Содержание
Исследование: стало известно преимущество людей перед неандертальцам
Наука
5080
Поделиться
Изучая окаменевшие черепа, ученые знают, что размер мозга неандертальца был таким же, если не чуть больше, чем у современного человека. Однако исследователи мало знали о развитии мозга неандертальца, потому что мягкие ткани плохо сохранились в летописи окаменелостей.
Теперь интригующее исследование, опубликованное в сентябре, выявило потенциальную разницу, которая, возможно, дала современным людям, или Homo sapiens, когнитивное преимущество перед неандертальцами, гоминидами каменного века, которые жили в Европе и некоторых частях Азии, прежде чем вымерли около 40 000 лет назад.
Ученые из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка в Дрездене, Германия, заявили, что они выявили генетическую мутацию, которая вызвала более быстрое создание нейронов в мозгу человека разумного. Неандертальский вариант рассматриваемого гена, известный как TKTL1, отличается от современного человеческого варианта одной аминокислотой.
«Мы идентифицировали ген, который делает нас людьми», — сказал автор исследования Виланд Хаттнер, профессор и почетный директор института.
Когда две версии гена были введены в эмбрионы мышей, исследовательская группа обнаружила, что современный человеческий вариант гена привел к увеличению определенного типа… клеток, которые создают нейроны в области неокортекса мозга. Ученые также протестировали два варианта гена на эмбрионах хорьков и выращенной в лаборатории ткани мозга, сделанной из стволовых клеток человека с аналогичными результатами.
Команда пришла к выводу, что эта способность производить больше нейронов, вероятно, дала Homo sapiens когнитивное преимущество, не связанное с общим размером мозга, предполагая, что у современных людей «больше неокортекса для работы, чем у древних неандертальцев», согласно исследованию, опубликованному в журнале Science.
Подписаться
Авторы:
Александра Ипполитова
Германия
Что еще почитать
Что почитать:Ещё материалы
В регионах
Взрыв на военном аэродроме в Рязани 5 декабря 2022 года: что известно
Фото
35948
Рязань
Анастасия Батищева
«Я уже не вернусь»: расшифрованный медальон из зоны СВО помог вернуть родным пропавшего в 1942 солдата
Фото
9274
Красноярск
Владислав Пирогов
Чем убрать нагар со сковороды снаружи: способ, который подойдет даже для 20-летних сковородок
6659
Калмыкия
Строительство нового моста через Волгу в Саратове начнется в 2023 году
6136
Саратов
Лобовое стекло запотевает изнутри зимой? Протрите поверхность этим средством, и проблема будет решена
4752
Калмыкия
Как отделить филе селедки от костей за пару минут: хозяйкам на заметку
3806
Калмыкия
В регионах:Ещё материалы
Неандертальцы возможно вымерли из-за больших глаз.
Но почему?
- Мелисса Хогенбум
- BBC Earth
Автор фото, SPL
У неандертальцев, вымерших много тысяч лет назад, глаза были намного больше наших. Стала ли эта особенность причиной их исчезновения с лица Земли, выясняла обозреватель BBC Earth.
С живым неандертальцем нам никогда не встретиться. Они вымерли тысячи лет назад. Единственное, что мы можем сделать, — это по найденным при раскопках останкам реконструировать их внешний вид.
Во многом неандертальцы были похожи на нас — настолько, что два человеческих вида часто скрещивались.
Но были и отличия. Прежде всего, заметно одно из них: у неандертальцев были очень большие глаза.
Казалось бы, большие глаза — это хорошо. Судя по всему, неандертальцы видели лучше нас. Однако существует теория (правда, противоречивая), что именно крупные глазные яблоки сыграли ключевую роль в исчезновении неандертальцев.
- Как будет выглядеть человек будущего?
- Полезна ли на самом деле палеолитическая диета?
- В Британии обнаружили останки «наших древнейших предков»
Неандертальцы жили на Земле задолго до человека. Появившись около 250 тысяч лет назад, они расселились по нынешней территории Европы и Азии.
Наш вид — человек разумный — появился в Африке около 200 тысяч лет назад. Примерно 45 тысяч лет назад люди добрались до территории современной Европы и обнаружили, что она населена неандертальцами.
Автор фото, Sabena Jane Blackbird / Alamy
Підпис до фото,
Черепа человека разумного и неандертальца
Пропустити подкаст і продовжити
подкаст
Що це було
Головна історія тижня, яку пояснюють наші журналісти
Випуски
Кінець подкаст
Согласно недавно опубликованным данным, оба вида сосуществовали в течение 5000 лет. Затем — возможно, около 40 тысяч лет назад — неандертальцы исчезли.
В 2013 году группа ученых под руководством Эйлунеда Пирса из Оксфордского университета выдвинули смелую гипотезу: неандертальцы вымерли из-за того, что у них были большие глаза.
Сравнив черепа неандертальцев и современных людей, Пирс обнаружил, что у первых большими были не только глазные яблоки, но и зрительные центры головного мозга. Из-за большого размера глаз существенная часть мозга неандертальцев отвечала за обработку зрительной информации.
По предположению Пирса, неандертальцы заплатили за это высокую цену — другие отделы их мозга должны были быть относительно меньше, что негативно сказывалось на их способности к социализации.
«Поскольку неандертальцы появились в более высоких широтах, чем люди и, соответственно, были в целом крупнее современного человека, за обработку зрительной информации и управления опорно-двигательной системой у них должны были отвечать более крупные участки головного мозга», — объяснял Пирс после выхода научной работы.
«Таким образом, области мозга, отвечающие за другие функции, такие как социализация, должны были быть пропорционально меньше по размерам», — отмечает ученый.
Автор фото, The Natural History Museum / Alamy
Підпис до фото,
У неандертальцев (череп справа) глаза были больше
Согласно теории Пирса, неандертальцам — в отличие от людей — просто не хватало мозга на то, чтобы создавать сложные социальные связи.
По этой причине, в ситуациях серьезной опасности для вида — климатические изменения или конкуренция со стороны человека — они оказывались в проигрышном положении.
В таких случаях очень важна командная работа. Поскольку неандертальцы не были способны создавать большие социальные группы, то они не могли рассчитывать и на необходимую им поддержку со стороны других представителей своего вида.
Мы все периодически обращаемся за помощью к друзьям, но, кажется, у неандертальцев друзей было слишком мало.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,
Большие глаза помогают животным лучше видеть в темноте
«Главное в зрительной системе — не размер зрачка, а площадь сетчатки на внутренней поверхности глазного яблока», — объясняет соавтор Пирса Робин Данбар, также из Оксфордского университета.
Важность сетчатки объясняется тем, что она регистрирует весь объем света, попадающего в глаз.
Неандертальцы жили в северных широтах, где освещение было относительно слабым, поэтому крупные глазные яблоки, скорее всего, помогали им видеть лучше.
- Зоопарк с клонированным мамонтом и динозавром? Почему бы и нет!
- Слоновые птицы: кто убил самых больших птиц в истории
- В Аргентине нашли скелет первого динозавра-гиганта
- Ученым удалось создать синтетические эмбрионы из стволовых клеток
Наш вид появился в Африке, где недостатка солнечного света нет. Соответственно, человеку не нужны были ни большие глаза, ни мощная система обработки зрительной информации.
Вместо этого, у нас больше развились лобные доли головного мозга, что позволило нам жить более сложной социальной жизнью.
Эта теория является достаточно основательной, но некоторые биологи считают ее неубедительной.
Автор фото, Elisabeth Daynes/SPL
Підпис до фото,
Так могли выглядеть неандертальцы
Согласно гипотезе, опубликованной недавно в «Американском журнале физической антропологии», большие глаза неандертальцев не имели отношения к их исчезновению.
Доцент университета Висконсина в Мэдисоне Джон Хоукс с коллегами изучил 18 современных видов приматов, пытаясь выяснить, связан ли размер их глазниц с размерами социальных групп, которые они были способны создавать.
Ученые пришли к выводу, что именно приматы с большими глазами создают большие по размерам социальные группы, а не наоборот.
«Размер глазных яблок вообще не имеет никакого отношения к социализации», — подытожил доцент Хоукс.
Чтобы понять, насколько успешно неандертальцы умели социализироваться, было бы логичнее обратить внимание на результаты археологических раскопок, отмечает Хоукс.
А они как раз указывают на то, что неандертальцы были скорее мастерами общения, чем социально неприспособленными одиночками.
Есть и другие причины ставить теорию Пирса и Данбара под сомнение.
Автор фото, Ville Palonen / Alamy
Підпис до фото,
У долгопятов огромные глаза
Неандертальцы в целом были большими по размеру, чем человек современный. Возможно, и их глаза — как и все лицо в целом — были пропорционально больше.
В 2012 году Пирс и Данбар опубликовали работу, в соответствии с которой у некоторых современных людей, живущих в высоких широтах, размеры глазных яблок тоже больше, чем в среднем у человека разумного.
Однако, насколько известно, отделы их головного мозга, не отвечающие за обработку зрительной информации, не меньше, чем у остальных людей.
«Фактически размер глаз ничего нам не говорит о когнитивных способностях нынешних людей», — отмечает Хоукс.
Ситуацию усложняет и то, что разные отделы мозга взаимосвязаны. Зрительная зона коры участвует в обработке зрительной информации, но не от нее одной зависит, как мы видим окружающий мир.
То, как мы воспринимаем увиденное, частично зависит и от того, что мы уже знаем о мире. Например, воспоминания тесно связаны с эмоциями.
За все эти когнитивные процессы отвечают разные отделы мозга, и во всех них участвует зрение. Иными словами, зрение и когнитивная деятельность неотделимы друг от друга.
Эти две функции взаимосвязаны, говорит Роберт Бартон из британского университета, чьи исследования не связаны ни с трудами Пирса и Данбара, ни с трудами Хоукса.
В 1998 году исследователь из Даремского университета в Великобритании Роберт Бартон обнародовал работу, в которой показал, что большой зрительный отдел мозга способствует увеличению, а не уменьшению других его отделов.
Дело в том, что при первичном восприятии какого-либо предмета информация о нем проецируется на несколько отделов мозга одновременно.
«Трудно сказать, какие участки коры головного мозга не связаны со зрением», — отмечает Бартон.
Автор фото, Getty Images
Підпис до фото,
Неандертальцы использовали орудия труда
Наконец, большие глаза действительно повышают светочувствительность при низком освещении. Именно по этой причине у многих видов животных, ведущих ночной образ жизни, большие глазные яблоки.
Однако способность зрительной системы обрабатывать воспринятую информацию определяется не объемом света, попадающего в глаз, а необходимостью различать мелкие детали, говорит Бартон.
По его словам, Пирс в своем исследовании не разделяет зрительную активность и способность видеть при низком освещении.
«Чувствительность описывается элементарными законами оптики», — говорит Бартон, добавляя, что повышенная светочувствительность никак не связана со способностью мозга обрабатывать зрительную информацию.
Этот вывод можно проиллюстрировать на примере таких ночных приматов, как лориеподобные. У них очень большие глазные яблоки, но зрительная зона коры при этом пропорционально не больше.
Если Бартон прав, получается, что гипотеза Пирса и Данбара ошибочна.
Большие глаза неандертальцев, возможно, и обеспечили им преимущество при выживании в регионах со слабым освещением, но не обязательно именно они привели в итоге к исчезновению этого вида.
Прочитать оригинал этой статьи на английском вы можете на сайте BBC Earth
Следите за нашими новостями в Twitter и Telegram
…
Мозг неандертальца — Блог NeuroLogica
Неандертальцы (Homo neanderthalensis) являются ближайшими эволюционными родственниками современных людей (Homo sapiens). На самом деле они настолько близки, что ведутся споры о том, действительно ли они являются отдельным от человека видом или подвидом (Homo sapiens neanderthalensis), но, похоже, в последнее время консенсус сдвинулся в сторону первого. Они не наши предки — люди не произошли от неандертальцев (так же, как мы не произошли от современных шимпанзе). Скорее, у нас есть общий предок с неандертальцами около 700 000 лет назад.
Неандертальцы доминировали в Европе примерно от 400 000 до 40 000 лет назад, а их близкие родственники, денисовцы, жили в Азии. Они существовали рядом с современными людьми долгое время, но затем исчезли. Вероятно, нет единственной простой причины, по которой это произошло. Вероятно, было много факторов — некоторая конкуренция, некоторое скрещивание и независимые причины упадка неандертальцев, которые, возможно, не имели ничего общего с людьми. Но частью этого вопроса является отдельный, но связанный с ним вопрос: превосходят ли современные люди по своей природе неандертальцев? Мы превзошли их, потому что мы были лучше?
На этот вопрос трудно ответить, опираясь только на ископаемые свидетельства. Неандертальцы были более крепкими, чем люди, и имели такой же большой мозг (по массе тела, что означает, что они на самом деле были немного больше). Возможно, замена неандертальцев людьми была боковым шагом. Или, возможно, неандертальцы были лучше приспособлены к европейскому ледниковому периоду, а современные люди имели преимущество в более теплом климате.
Но есть более прямой вопрос, чем конечные эволюционные силы – были ли современные люди умнее неандертальцев? Чтобы ответить на этот вопрос, мы можем использовать биологические или культурные свидетельства. Во-вторых, я перейду к биологическим доказательствам, обсуждая недавнее исследование, которое может пролить значительный свет на этот вопрос. Но сначала давайте посмотрим на культурные свидетельства.
Здесь до сих пор много споров, но мы можем отказаться от старого взгляда на неандертальцев как на тупых животных. Они явно были примерно такими же умными, как современные люди, использовали сложный набор инструментов и были эффективными охотниками. Споры ведутся о том, была ли какая-либо значимая разница в интеллекте, и было ли этого достаточно, чтобы обеспечить преимущество в выживании. Большое внимание уделялось различным каменным орудиям древних людей и неандертальцев.
Люди делали более тонкие и сложные каменные орудия. Они умели изготавливать длинные лезвия, а режущие инструменты неандертальцев в основном имели дисковидную форму. Однако более длинные лезвия, возможно, не были более функциональными, а более короткие лезвия могли быть более долговечными. Однако есть одно преимущество — возможность прикрепить длинное лезвие к деревянному древку, чтобы сделать копье. Опять же, ведутся споры о том, насколько значительным это было бы с точки зрения конкурентного преимущества, но это не связано с вопросом о том, представляют ли более сложные лезвия превосходный интеллект.
Люди также были более артистичными, чем неандертальцы. Сначала мы думали, что неандертальцы не занимались искусством, но, конечно, этот вывод основан на отсутствии доказательств. Он изменился в тот момент, когда мы обнаружили искусство неандертальцев — кажется, они нарисовали первые наскальные рисунки. Но даже при этом Homo sapiens производил гораздо больше и разнообразнее искусство, чем их неандертальские собратья. Таким образом, люди кажутся более хитрыми, чем неандертальцы.
Культурные свидетельства, однако, косвенные. Вполне возможно, что современные люди не были по своей природе умнее неандертальцев, а просто натолкнулись на определенные культурные инновации, которые имели положительную обратную связь, ведущую в конечном итоге ко всему современному обществу. Однако кажется маловероятным, что это было чисто культурным. У неандертальцев был идентичный набор инструментов более 100 000 лет, пока они не исчезли. Они никогда не развивали письменность или сельское хозяйство. Современные люди казались более инновационными.
Что насчет биологических доказательств? Как я уже сказал, у неандертальцев на самом деле мозг был больше, чем у людей, хотя и пропорциональный их большему общему размеру тела. Их мозг развивался дольше, чтобы достичь большего размера. Но размер мозга не связан напрямую с интеллектом, потому что мозг делает больше, чем когнитивные функции.
Исследование, проведенное в 2013 году, например, при сравнении черепов людей и неандертальцев показало, что большая часть мозга неандертальца была предназначена для контроля движений и сенсорной обработки, а меньше мозговой ткани было предназначено для высших когнитивных функций. Им требовалось больше мозга, чтобы управлять своими большими телами, но у них не было таких больших лобных долей, как у людей.
Теперь у нас также есть генетические доказательства, и это приводит нас к новому исследованию. Возможно, даже более важным, чем общий размер мозга, при попытке сделать вывод об интеллекте является плотность нейронов — сколько нейронов мозга присутствует в данном объеме? В новом исследовании рассматриваются версии белка TKTL1. Версия, обнаруженная у современных людей, приводит к большему нейрогенезу, особенно в лобной коре, чем версия, распространенная у неандертальцев. Поэтому люди, вероятно, имеют большую плотность нейронов в высших когнитивных областях мозга, чем их родственники-неандертальцы.
Опять же, это само по себе не отвечает на эволюционный вопрос, но, вероятно, не имеет к нему никакого отношения. Глядя на все доказательства, становится ясно, что неандертальцы были очень умны, и они не были животными, которых классически изображали. У них были передовые инструменты и начало искусства. Кроме того, они явно смешали свои гены с современными людьми. Но также кажется, что современные люди действительно имели интеллектуальное превосходство над неандертальцами.
Интересно подумать о том, что случилось бы с культурой неандертальцев, если бы они никогда не вымерли или им пришлось бы конкурировать с современными людьми. Они все еще застряли в каменном веке? Возможно, современные люди в своем неврологическом развитии только что преодолели некий критический порог, позволивший развить технологическую культуру. Было ли это неизбежным или, по крайней мере, весьма вероятным, учитывая эволюцию гоминидов? Или есть много миров с существами, обладающими интеллектом уровня неандертальца, но никогда не преодолевающими критического порога для развития технологической цивилизации?
Мутация, связанная с различием между мозгом человека и неандертальца
Несмотря на то, что современные люди очень похожи на наших древних кузенов-неандертальцев, между нами есть некоторые ключевые различия, в первую очередь, большее количество нейронов в лобных долях. Теперь исследователи определили возможный генетический триггер, который привел к увеличению производства нейронов в этой области мозга, которая связана с более высоким уровнем познания, а также с контролем импульсов и эмоциональной регуляцией: мутация, которая в конечном итоге изменяет метаболизм в клетках, которые становятся нейронами.
Исследование, опубликованное вчера (8 сентября) в журнале Science , показало, что современная человеческая и архаичная неандертальская версии гена, кодирующего белок, подобный транскетолазе 1 (TKTL1), отличаются всего одной парой оснований. Эта точечная мутация в TKTL1 означает, что неандертальская версия белка содержит лизин, а современная человеческая версия содержит аргинин. После проведения экспериментов с эмбриональной тканью неокортекса человека, моделями мышей и хорьков и сконструированными органоидами человеческого мозга исследователи пришли к выводу, что поведение мутировавшего гена может объяснить богатый нейронами мозг человечества и может указывать на то, что люди обладают более высоким интеллектом, чем неандертальцы.
См. «Человеческие гены, влияющие на размер мозга».
Исследование уникально и особенно хорошо выполнено, говорит Кэрол Маркетто, исследователь нейронной эволюции из Калифорнийского университета в Сан-Диего, которая не участвовала в исследовании. . «Что удивительно, так это то, что только одна замена аминокислоты может привести к большим изменениям. . . . Я нахожу это действительно захватывающим, когда это происходит. Мы даже не говорим о том, чтобы выбить или сбить ген».
Эксперименты в совокупности показывают, что одиночная замена лизина на аргинин в TKTL1 приводит к увеличению производства базальной радиальной глии — нервных клеток-предшественников, которые во время эмбрионального развития делятся асимметрично, чтобы произвести больше самих себя, а также большинство нейронов лобных долей. Наличие большего количества этой глии, в свою очередь, привело к большему количеству нейронов, развивающихся в этой области. Хотя неандертальцев, которых можно было бы завербовать для когнитивных тестов, нет, говорят эксперты. 0033 Ученый считает, что увеличение количества нейронов в мозгу современного человека может указывать на то, что у нашего подвида развились более развитые когнитивные способности, хотя относительный интеллект людей и неандертальцев является предметом серьезных споров.
Как вы изучаете мозг неандертальца?
Соавтор исследования Аннелин Пинсон, нейробиолог из Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка в Германии, объясняет, что они опирались на существующие геномные данные о неандертальцах. Виланд Хаттнер, в лаборатории которого работает Пинсон, объясняет, что они сосредоточились на TKTL1 , потому что известно, что он экспрессируется в нервных клетках-предшественниках, которые лаборатория давно изучает.
«Поскольку у нас не может быть мозга неандертальца, мы должны были изучить разницу между аминокислотным составом [этих двух]», — говорит Хаттнер.
Микроскопическое изображение делящейся базальной радиальной глиальной клетки, типа клеток-предшественников, которые генерируют нейроны во время развития мозга0003
Например, лаборатория ранее обнаружила, что у людей и неандертальцев есть точечная мутация в другом гене, называемом ARHGAP11B , который увеличивает как размер неокортекса, так и укладку мозга при введении нечеловеческим приматам, что потенциально объясняет, почему у гомининов мозг больше, чем у других обезьян. . В текущем исследовании Пинсон разработал несколько экспериментов для изучения как общей функции TKTL1 , так и эффектов замены лизина на аргинин.
Начав с эмбрионов мышей, группа индуцировала сверхэкспрессию обеих форм TKTL1 , анализируя результаты четыре дня спустя. «Именно здесь мы впервые увидели обилие базальной радиальной глии — но не в неандертальской версии», — говорит Пинсон. Затем команда провела тот же тест на хорьках, мозг которых больше похож на мозг приматов, потому что у них есть складки и «для начала больше базальной радиальной глии», добавляет она. Еще раз, человеческая версия гена привела к большему увеличению клеток-предшественников, что, в свою очередь, привело к усилению нейрогенеза по сравнению с хорьками, получившими неандертальскую версию и контрольную группу.
См. «ДНК неандертальца в современных геномах человека не молчит».
Затем команда экспериментировала с тканями человека, проводя эксперимент ex vivo с нокаутом на неокортикальной ткани эмбриона человека, используя CRISPR-Cas9 для нарушения экспрессии TKTL1 перед культивированием ткани. в течение трех дней. В ткани с отредактированными генами было уменьшено количество клеток-предшественников, что еще больше проясняет роль человеческого гена в нейрогенезе. Наконец, команда разработала органоиды человеческого мозга для экспрессии либо человеческой, либо неандертальской версии гена, убедившись, что между ними нет других различий.
«Это прекрасный подход — очень целенаправленно взглянуть на один ген и одно изменение», — говорит нейробиолог из Кембриджского университета Мадлен Ланкастер, которая не участвовала в исследовании.
См. «Органоиды с отредактированными генами исследуют функцию мозга неандертальцев»
Как и в случае с животными моделями, органоиды, экспрессирующие человеческий ген, продуцировали больше базальной радиальной глии и больше нейронов, подтверждая причинно-следственную связь между мутацией и усиленным нейрогенезом у людей . Данные, однако, показывают, что некоторые из измеренных эффектов были незначительными, что, по словам Ланкастера, «совпадает с тем, что мы могли бы ожидать», добавив, что «неандертальцы на самом деле были очень умны. . . . Тот факт, что мы скрещивались с ними, означает, что они должны иметь некоторый уровень интеллекта, который на самом деле был похож на [человеческий]».
Тем не менее, тонкий эффект остается эффектом, говорит Ланкастер. «Меня особенно впечатлил объем проделанной работы и ее тщательность. Такая работа требует такого внимания и усердия. Я думаю, что сочетание стольких различных модельных систем действительно усиливает аргумент».
Множество экспериментов «определенно убеждают меня в том, что эта единственная аминокислотная мутация определенно меняет функцию клетки», — говорит Марчетто. «Я думаю, что это интересная гипотеза. . . могло быть связано с изменениями размера мозга».
Как один ген перестраивает мозг?
Новое исследование показывает, что TKTL1 каким-то образом участвует в метаболизме клеток головного мозга, особенно когда речь идет о процессе пролиферации нейронов. Однако точные метаболические пути, по которым он действует, остаются неясными. «Мы точно не знаем, что находится ниже по течению, а что вверх по течению, — говорит Пинсон.
Ланкастер предполагает, что дальнейшие исследования органоидов могут помочь раскрыть эти механизмы в будущем, поскольку это позволит исследователям также возиться с другими генами или другими факторами, которые различаются между людьми и неандертальцами, возможно, раскрывая, как поведение одного влияет на другое.
См. «Минимозги могут вскоре включать ДНК неандертальца». архаичный нейрон. Она добавляет, что анализ отдельных клеток, исследующий митохондриальную активность или биоэлектрический выход человека по сравнению с архаичным нейроном, также может выявить некоторые из этих механистических деталей.
«Было бы интересно посмотреть на комбинаторный эффект этих мутаций, — говорит Маркетто. Но, не желая умалять новых результатов, она добавляет: «Я думаю, что изучение отдельных генов очень актуально. . . . Они проделали большую работу с этим. Это, безусловно, важная находка в этой области».