Ввівши людські гени мишам, учені стимулювали розвиток у них вищого інтелекту та зробили їхній мозок більшим. Такі тварини мали гнучкішу пам’ять і менше лякалися. Водночас і була суттєво щільнішою кора їхнього головного мозку — частина мозку, що керує вищими розумовими функціями. Це доводить, що введений мишам специфічно людський ген відігравав визначальну роль для розумового розвитку наших предків.
Зображення: Mongkolchon Akesin/ Getty images.
Беручи до уваги розміри тіла людини, її мозок на диво великий — передусім йдеться про неокортекс, тобто кору головного мозку. У нашого виду вона виражена значно краще, ніж у наших найближчих родичів-приматів. Збільшення об’єму кори головного мозку та мозочка, спільно з посиленим енергетичним постачанням мисленнєвого органу, вважають основою для роботи мозку.
Вже тривалий час науковці припускають, що деякі генетичні варіації, активовані тільки кілька мільйонів років тому, призвели до збільшення мозку наших предків. Однією з цих варіацій є специфічно людський ген ARHGAP11B, що провокує посилене утворення нервових прогеніторних клітин в ембріоні: якщо його ввести в ембріон миші, тхора або мавпи, мозок тварин теж ставав більшим, у ньому розвивалася більша кількість нейронів. Але досі було неясно, чи їхній приріст в мозку був помітний і в дорослому віці та чи це гарантувало носіям цього гена вищий інтелект.
Це з’ясували Лей Сян (Lei Xing) з Інституту молекулярної клітинної біології та генетики імені Макса Планка (в Дрездені) та його колеги. Для цього вчені ввели ген ARHGAP11B в ембріони мишей і спостерігали, як це вплине на об’єм та кількість нейронів у мозку тварин.
Різниця в розмірі неокортексу між нормальною мишею (ліворуч) та мишею 11В з геном людини. Зображення: Xing et al./ EMBO Journal, CC-by-nc-nd 4.0.
Виявилося, що у мишей з людським геном розвився товстіший і більший неокортекс. Збільшення кількості нейронів було помітним у верхньому шарі кори головного мозку, повідомили науковці.
Наступним кроком стали тестування інтелекту цих мишей. Для цього гризунів піддали численним поведінковим тестам, що перевіряли різні види навчання та пам’яті. Зокрема вчені звернулися до класичних тестів із лабіринтом, щоб оцінити просторову пам’ять мишей, а також до тестів на тривожність і розумову гнучкість. Врешті миші повинні були вивчити, за якою схемою змінювався доступ до пляшечок з водою. «Цей тест перевірив передусім довготривалу пам’ять, за яку відповідає неокортекст, а не гіпокамп», — пояснили вчені.
Результат: «Ми з’ясували, що миші з ARHGAP11B, маючи більший мозок, шукаючи пляшку з водою, робили менше помилок, ніж миші з дикої природи, — повідомив Сян. — Це свідчить про те, що 11B-миші мають гнучкішу пам’ять і краще пристосовуються до нових умов і правил».
Процес просторового навчання практично не змінювався, але опрацювання вивченого в корі головного мозку у мишей з людським геном піддалося оптимізації. Водночас 11B-миші менше, ніж інші гризуни, лякалися: «Миші з дикої природи демонстрували більше тривоги та намагалися якнайшвидше вибратися з яскраво освітлюваного центру клітки для досліджень, натомість ARHGAP11B-миші були більш розслаблені та проводили в центрі більше часу», — повідомив Сян.
На думку дослідників, це доводить: специфічний для людини варіант гену ARHGAP11B має визначальний вплив на розвиток мозку та когнітивних функцій. Оскільки цей ген виник близько 5 мільйонів років тому, після відокремлення людської генеалогічної лінії та лінії шимпанзе, саме він міг призвести до того, що наші предки все більше відрізнялися від своїх приматів-родичів на генетичному рівні.
«Наше дослідження доводить, що зумовлене ARHGAP11B збільшення неокортексу справді призводить до покращення когнітивної функції, а це надає важливі свідчення про роль специфічно людського гена в еволюції людини», — сказав колега Сяна Віланд Гуттнер (Wieland Huttner).
Nadja Podbregar
Menschengen macht Mäuse schlauer
EMBO Journal, 2021; doi: 10.15252/embj.2020107093
Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik, 7/06/021
Зреферувала С.К.
10.06.2021