外國研究員發現：人類大腦基因促使猴子長出更大的大腦

人類大腦在進化過程中的擴張，特別是新大腦皮層的擴張，與諸如推理和語言等認知能力有關。有一種叫做ARHGAP11B的基因，只在人類身上表達，它能觸發大腦幹細胞形成更多的幹細胞，這是大腦更大的先決條件。過去的研究表明，當ARHGAP11B在小鼠和雪貂體內表達到非生理上的高水平時，會導致新大腦皮層的擴張，但它與靈長類進化的相關性尚不清楚。

馬克斯普朗克研究所分子細胞生物學和遺傳學研究所(MPI-CBG)的研究員與日本川崎中央研究所實驗動物(CIEA)和慶應義塾大學的同事合作發現，當狨猴體內的這個基因表達到人體生理水平時，會引起大腦皮層腫大。這表明ARHGAP11B基因可能在人類進化過程中導致了大腦皮層的擴張。

人類新皮層是大腦皮層中進化最年輕的部分，比最親密的人類黑猩猩大三倍，在進化過程中，它折疊成皺紋的程度增加了，以適應頭骨的受限空間。科學家面臨的一個關鍵問題是人類新皮層如何變得如此之大。在2015年的一項研究中，MPI-CBG的創始負責人Wieland Huttner研究小組發現，在人類特異性基因ARHGAP11B的影響下，小鼠胚胎產生了更多的神經祖細胞，甚至可以正常折疊展開的新皮層。結果顯示，ARHGAP11B基因在人類新皮層的進化擴展中起關鍵作用。

穿過101天大的ARHGAP11B轉基因mar猴胎兒的一個腦半球的切片的顯微圖像。(圖源：Heide et al. / MPI-CBG)

人類特異性基因的崛起

人類特異性基因ARHGAP11B產生於大約五百萬年前，是遍及普遍存在的基因ARHGAP11A的部分複制。沿著導致尼安德特人、丹尼索瓦人和現在的人類的進化譜系進化而來，在這個譜係與黑猩猩分離後，形成了黑猩猩。研究小組在2016年的一項後續研究中，發現了令人驚訝的原因，為什麼ARHGAP11B蛋白包含47種氨基酸序列，這些序列是人類特異性的，在ARHGAP11A蛋白中未發現，並且是ARHGAP11B增加能力所必需的腦幹細胞。

具體而言，在ARHGAP11B基因中發現的單個C到G鹼基取代會導致ARHGAP11B信使RNA丟失55個核苷酸，這會導致閱讀框發生移位，從而導致人類特異性，功能關鍵的47個氨基酸序列。這種鹼基取代發生的時間可能晚於大約500萬年前出現的時間。這種點突變並不罕見，但是在ARHGAP11B的情況下，其形成更大大腦的優勢似乎立即影響了人類的進化。

基因存在猴子身上的影響

但是，到目前為止，尚不清楚人類特異性基因ARHGAP11B是否還會在非人類靈長類動物中引起新皮層增大。為了對此進行研究，Wieland Huttner小組的研究人員與位於日本川崎市的中央實驗動物研究所（CIEA）的Erika Sasaki和位於東京的慶應大學的岡野秀幸（Hideyuki Okano）合作，他們都是日本的先驅。產生轉基因非人類靈長類動物的技術。該研究的第一作者，博士後邁克爾·海德（Michael Heide）前往日本，與他們的同事直接進行現場合作。

他們產生了轉基因的普通mar猴，即新世界猴，在發育中的新皮層中表達了人類特異性基因ARHGAP11B，而通常他們沒有這種基因。日本在動物研究和動物福利方面的道德標準和法規與德國類似。在日本獲得了101天大的mar猴胎兒（正常出生日期前50天）的大腦，並出口到德累斯頓的MPI-CBG進行詳細分析。

Michael Heide表示，我們確實發現，普通絨猴的大腦皮層被擴大，大腦表面被折疊。它的皮質板也比正常的厚。此外，我們可以看到心室外下區基底橈神經膠質祖細胞的數量增加，以及上層神經元的數量增加，這種神經元類型在靈長類動物進化過程中增加。”研究人員現在有功能證據表明，ARHGAP11B導致了靈長類動物新大腦皮層的擴張。