Как эволюция увеличила наш мозг
Мы стали умнее благодаря увеличившемуся мозгу, а мозг увеличился благодаря нескольким генетическим уловкам, заставляющим стволовые клетки мозга активнее делиться.
На прошлой неделе весь научный (и не только научный) мир аплодировал работе исследователей из Университета Дьюка, которые увеличили мышиный мозг с помощью человеческой ДНК. Мышам пересаживали регуляторную последовательность под названием HARE5, которую брали из генома шимпанзе и человека. HARE5 работает энхансером (или помощником-стимулятором) гена Frizzled 8, от которого зависит деление клеток-предшественников корковых нейронов в развивающемся мозге. В результате оказалось, что, по сравнению с энхансером от шимпанзе, человеческий регуляторный фрагмент делал мозг мышей на 12% больше, за счёт увеличения числа нейронов в коре. Может, именно из-за этого куска ДНК человек и стал разумным?
Может, не только из-за него. Только что в Science вышла новая статья, «героем» которой стал другой кусок ДНК, а именно – ген ARHGAP11B (подчеркнём – не регуляторный фрагмент, а именно ген, кодирующий информацию о белке). Виланд Хуттнер (Wieland B. Huttner) и его коллеги из Института молекулярной и клеточной биологии и генетики Общества Макса Планка пытались выяснить, какие гены управляют развитием мозга у зародышей человека и мыши. В первую очередь авторов работы интересовали молекулярно-генетические отличия между развивающимся мозгом людей и развивающимся мозгом грызунов.
В формирование коры полушарий вносят вклад несколько типов стволовых клеток, которые с течением времени превращаются в различные нейроны. И первоочередной задачей было отделить такие клетки друг от друга, чтобы их можно было сравнить у человека и у мыши. В результате сравнения схожих линий стволовых клеток удалось найти 56 генов, которые работали в человеческом мозге, но которых не было у грызунов. Среди них оказался один особенно активный, вышеупомянутый ARHGAP11B. Про него известно, что он возник из-за неполного удвоения некоего предкового гена – неполного в том смысле, что в копии не хватало какой-то части оригинала. (В скобках заметим, что так выглядит обычный способ появления новых генов, когда возникает дополнительный вариант какой-то уже существующей последовательности, после чего один из вариантов становится «эволюционным полигоном», вбирающим мутации и приобретающим новые функции.) Копирование гена случилось уже после того, как человек откололся от обезьян: ARHGAP11B нет ни у шимпанзе, ни, тем более, у грызунов, однако он есть у неандертальцев и денисовских людей (ещё один вымерший подвид людей, за изучение которых Российская академия наук на днях присудила свою высшую награду). Так что о большой роли этого гена в «оразумливании» человека подозревали давно.
Теперь, можно сказать, подозрения подтвердились. Пересаженный мышам, ARHGAP11B вдвое увеличивал число нейронов в коре; более того, иногда у мышей с ARHGAP11B даже начинали формироваться извилины, которые, как известно, у грызунов полностью отсутствуют. На клеточном уровне действие гена сводилось к тому, что он увеличивал число промежуточных клеток-предшественников и побуждал их чаще делиться перед тем, как они окончательно превратятся в специализированные нейроны.
Конечно, эффективность мозга зависит не только от объёма, но и от характера связей между нейронами, от архитектуры нервных цепей и крупных нейронных «департаментов». Вместе с тем было бы странно отрицать, что чем больше нейронов, тем больше вариантов для самых разных архитектурных изысков. Так что своей разумностью мы в очень большой степени обязаны молекулярно-генетическим инструментам, которые добавили нам нервных клеток. Сейчас мы знаем два таких инструмента: регуляторный элемент HARE5 и ген ARHGAP11B, и не исключено, что дальнейшие исследования добавят сюда и других генетических «игроков».
