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在实验室培养尼安德特人的大脑

科学生物学在实验室培养尼安德特人的大脑

研究尼安德特人的大脑可以揭示导致尼安德特人面临灭绝同时使我们人类成为独特的长寿物种的基因改造

尼安德特人 是一种在亚洲和欧洲进化的人类物种(称为尼安德特人 neanderthalensis),并在一定程度上与在非洲进化的现代人类(智人)共存。 这些遭遇导致人类继承了 2% 的尼安德特人 的DNA 因此,它们是与现代人类最亲近的古代亲戚。 尼安德特人最后一次出现是在大约 130000 年和 40,000 年前。 尼安德特人,通常被称为“穴居人”,具有独特的低长头骨、宽鼻子、没有突出的下巴、大牙齿和短而结实的肌肉骨架。 他们独特的特征表明,他们在生活在寒冷和恶劣的环境中,寻求一种让身体保持热量的方式。 尽管他们的生活条件很原始,但他们是非常聪明、有才华和社交的人类,大脑比今天的现代人大。 他们是优秀的猎人,拥有技能、力量、勇气和熟练的沟通技巧。 尽管他们生活在充满挑战的环境中,但他们足智多谋。 事实上,人们认为尼安德特人和我们人类在行为和本能方面可能存在着非常小的差距。 化石记录显示它们是肉食性的(尽管它们也吃真菌)、猎人和食腐动物。 目前还不清楚他们是否有自己的语言,但他们生活中复杂的动态确实表明他们使用一种语言相互交流。

尼安德特人现在已经灭绝了 40,000 年,然而,一个已经存活了 350,000 多年的物种如何面临灭绝仍然是一个谜。 一些科学家认为,现代人类是尼安德特人灭绝的罪魁祸首,因为他们可能无法在现代人类早期祖先对资源的竞争中顺利生存。 气候条件的快速变化肯定也加剧了这种情况。 尼安德特人并没有全部迅速消失,而是通过当地人口逐渐被现代人所取代。 尼安德特人是人类进化中最有趣的部分,之所以引起科学家们的兴趣,主要是因为尼安德特人与现代人类非常接近。 为了支持这项研究,许多物体和化石,甚至完整的骨骼都被发现,展示了尼安德特人生活的一瞥。

在实验室培养尼安德特人的大脑

加州大学圣地亚哥分校的研究人员正在实验室的培养皿中培养“豌豆”大小的尼安德特人微型大脑(类似于大脑外层的皮层)。 每一颗“豌豆”都承载着 NOVA1基因 的祖先,大约有 400,000 个细胞。 培养和分析尼安德特人的这些“迷你大脑”的目的是揭示小神经块,这可以告诉我们为什么这个长期存活的物种灭绝了,以及现代人类征服地球的原因是什么。 理解这一点很重要,因为一些现代人类确实通过繁殖与尼安德特人共享了 2% 的 DNA,而且我们曾与他们共存。 大脑中遗传差异的比较可以最大程度地揭示智人的死亡和快速增加。

为了启动小脑的生长,研究人员使用了干细胞技术,其中干细胞在几个月内开始变成大脑类器官(一个小器官)。 这些类器官在完全长大后的尺寸为 0.2 英寸,肉眼可见。 然而,它们的生长受到限制,因为在实验室环境下,它们无法获得完全生长所需的血液供应。 因此,小脑细胞通过扩散过程获得生长所需的营养。 或许可以通过在其中植入 3D 打印的人造血管来进一步培养它们以促进发展,这是研究人员想要尝试的。

将尼安德特人的大脑与我们的大脑进行比较的第一步

与人类圆形大脑相比,尼安德特人的大脑是更细长的管状结构。 在这项非凡的工作中,研究人员将可用的尼安德特人全测序基因组与现代人进行了比较。 尼安德特人的基因组是从发现的化石中的骨骼中提取出来的,然后进行了测序。 共有 200 个基因表现出显着差异,研究人员从这个列表中重点关注 新星 – 主基因表达调节器。 该基因在人类和尼安德特人中相同,只是略有不同(单个 DNA 碱基对)。 该基因被认为在神经发育中具有高表达,并且与自闭症等多种神经疾病有关。 仔细观察,尼安德特人的小脑在神经元(称为突触)之间的连接比典型的少,而且还有不同的神经元网络,有点像研究人员预测的患有自闭症的人脑。 与尼安德特人相比,人类极有可能拥有更先进、更复杂的神经网络,这使我们能够在它们之上生存。

这项研究还处于得出结论的早期阶段,主要是因为受控实验的性质。 这项研究的最大限制是,这种微型大脑不是“有意识的头脑”或“完整的大脑”,无法真正提供成人大脑如何运作的完整画面。 然而,如果不同的区域成功生长,它们可以组合在一起以更深入地了解尼安德特人的“思想”。 研究人员肯定想更多地探索尼安德特人大脑学习事物的能力,因此他们会尝试将这些微型大脑放入机器人中并理解信号。

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{您可以通过单击下面引用来源列表中给出的 DOI 链接来阅读原始研究论文}

来源(S)

Cohen J 2018. 尼安德特人的大脑类器官栩栩如生。 科学. 360(6395)。
https://doi.org/10.1126/science.360.6395.1284

赛欧团队
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