人类大脑比我们的祖先大三倍。两项新研究的研究人员认为他们找到了负责的基因。(图片来源：Fiddes 等人) 通过对一些独特于人属Homo的基因进行的一系列新研究，研究人员在解决我们进化过程中一个最重要的问题——人类大脑为何以及如何变得如此之大——方面迈出了重要一步。自从人类用我们的大脑开始思考进化论以来，理解为何Homo的大脑比任何其他灵长类动物的灰质显著大，一直是该领域的一个主导问题。就在上周，两支独立的研究团队发布了模型，解释了可能驱动我们祖先大脑在过去 3-4 百万年里增至三倍的生态环境条件。基于不同的数学模型，一个团队得出结论，生态挑战——寻找食物、躲避捕食者以及仅仅是生存——可能是主导因素。第二个团队在前天发布的一篇论文中提出，包括为应对生态挑战而采取的协作、合作行为，很可能是我们智力爆炸的主要原因。这些模型可以让我们更好地了解为什么不断增长的大脑提供了进化优势，但人类大脑如何变得更大的问题仍然难以捉摸。直到今天。两篇重要论文聚焦于独特于人属Homo的基因变异，这些变异似乎解释了我们的大脑是如何膨胀的。这些研究追溯了特定基因的进化历史，揭示了一系列最终导致人类大脑巨大的变化。这个科学侦探故事的开端，正如研究常有的那样，是从果蝇开始的。“卡壳”的妈** 遗传学家们对 Notch 基因家族早已感兴趣，这个基因家族最早在常用于研究的动物果蝇中被发现。该家族之所以得名，是因为其中一个特定的突变会导致不幸的果蝇翅膀出现“缺口”状。但 Notch 家族本身对大多数生物至关重要。这些基因在胚胎发育中起着关键作用：它们会产生蛋白质，指示干细胞在特定时间分化成神经元或其他类型的细胞。哺乳动物通常有四个 Notch 基因（NOTCH1、NOTCH2 等），研究人员将目光锁定在我们人类 NOTCH2 基因上发生的一些奇怪现象。数百万年前，人类、黑猩猩和大猩猩的共同祖先出现了一些“额外的东西”。具体来说，NOTCH2 基因的一部分被错误地复制了，就像唱片跳针一样，或者说“矩阵中的小故障”。复制的部分变成了一个不具备功能性的假基因，有时被不准确地称为垃圾 DNA。它是一段遗传密码，实际上并没有什么作用，但却通过几代人传递下去：在黑猩猩和大猩猩身上仍然可以找到它。(猩猩身上没有，这告诉研究人员，这个遗传事件发生在它们的祖先大约 1400 万年前分道扬镳之后。) 在人类中，在我们与黑猩猩分道扬镳大约 600 万年后，这个有“故障”的 NOTCH2 片段又发生了一些变化。原始 NOTCH2 片段的更多片段被错误地粘贴到了上面，使其变回了一个具备功能性的基因，然后又以四种变异的形式被复制。这些仅在人属Homo中发现的变异被称为 NOTCH2NL 基因。就像 ABC 一样简单 四种人属Homo特有的 NOTCH2NL 基因中，有一种也是一个不具备功能性的假基因。但另外三种——NOTCH2NLA、NOTCH2NLB 和 NOTCH2NLC——会产生原始 NOTCH2 蛋白质的微调版本。这些蛋白质特别参与将神经干细胞转化为皮层神经元，也就是大脑外层“核心”的构成部分。研究人员发现，三种具有功能的 NOTCH2NL 变异似乎导致神经干细胞数量增加，但其分化为皮层神经元的速度减慢。结果如何？细胞成熟被推迟，但最终新皮层（人类大脑高级认知功能的中心）中会有更多的神经元——当它们最终成熟时。换句话说，NOTCH2NL 基因似乎直接导致了人类大脑的标志性特征：它们成熟需要更长的时间，但与身体大小相比，它们比其他任何哺乳动物的大脑都要大。然而，作者们也谨慎地指出，虽然他们似乎发现了关键机制，但这只是促成人脑进化的几个因素之一。研究人员还仔细研究了两个尼安德特人和一个丹尼索瓦人的古代基因组，结果出乎意料地，他们发现了活跃的 NOTCH2NL 变异。鉴于我们谱系中脑容量的最大增长发生在三百万年前，在我们最后一位共同祖先之前，这并不算太令人惊讶。尼安德特人的脑容量与我们相似，尽管在组织结构上存在一些差异。(关于丹尼索瓦人，我们几乎只了解他们的古代 DNA；我们没有任何颅骨材料来确定他们的脑容量。)
人类大脑的膨胀可能是由于复制错误和其他改变，这些改变创造了一套新基因，负责产生更多的皮层神经元。(图片来源：Fiddes 等人)坏消息来了…… 动物基因组中的这类错误并不少见。事实上，在任何长串重复的 DNA 序列中都很常见。如今，位于 NOTCH2NL 基因（染色体意义上的）同一区域的不同突变，已被与包括自闭症、小头畸形和精神分裂症在内的多种疾病联系起来。有可能，导致人类大脑如此之大的同一“遗传矩阵故障”也可能破坏了我们 DNA 的一部分，为某些神经系统疾病的出现创造了机会。这两项研究，一项侧重于 NOTCH2NL 基因家族的进化历史，另一项则侧重于其在发育中的作用，今天发表在《Cell》杂志上。
