生物信息學(xué)習(xí)的正確姿勢(shì)

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撰文｜王聰

編輯｜nagashi

排版｜水成文

眾所周知，人類的大腦與體重之比，遠(yuǎn)超絕大部分動(dòng)物，人類之所以智力遠(yuǎn)超其他物種，就是因?yàn)槿祟悡碛懈蟮拇竽X以及面積更大的大腦皮層。

人類大腦在進(jìn)化過程中，特別是新皮層的擴(kuò)張與人類的認(rèn)知能力（例如推理和語言）密切相關(guān)。ARHGAP11B 基因是人類所特有的基因，該基因會(huì)促使大腦形成更多的干細(xì)胞，這是形成更大的大腦的先決條件。

新皮層是大腦皮層中進(jìn)化最年輕的部分，人類新皮層比與人類親緣關(guān)系最近的黑猩猩大三倍，在進(jìn)化過程中，人類大腦新皮層的褶皺數(shù)量增加了，以適應(yīng)頭骨的有限空間。科學(xué)家面臨的一個(gè)關(guān)鍵問題是，人類新皮層如何變得如此之大？

近日，國際頂尖學(xué)術(shù)期刊 Science 雜志發(fā)表了來自德國馬普所 Wieland Huttner 團(tuán)隊(duì)題為：Human-specific ARHGAP11B increases size and folding of primate neocortex in the fetal marmoset 的研究論文。

該研究將人類特異性基因 ARHGAP11B 轉(zhuǎn)入狨猴，發(fā)現(xiàn)這些狨猴大腦體積顯著增大，新皮層面積和神經(jīng)元數(shù)量也顯著增加，該研究表明，人類特異性基因 ARHGAP11B 在人類大腦進(jìn)化中發(fā)揮著重要作用，很可能是人類區(qū)別于其他靈長類動(dòng)物的重要原因。

人類特異性基因的崛起

ARHGAP11B 產(chǎn)生于大約五百萬年前，尼安德特人、丹尼索瓦人，以及當(dāng)今人類均有該基因，而該基因產(chǎn)生時(shí)，人類的祖先已與黑猩猩的祖先分開，隨著尼安德特人和丹尼索瓦人的滅絕，如今只有人類擁有該基因。

在2016年，該研究團(tuán)隊(duì)發(fā)現(xiàn)，ARHGAP11B?基因的一個(gè)C-to-G的單堿基突變，導(dǎo)致ARHGAP11B?的mRNA丟失55個(gè)核苷酸，發(fā)生了移碼突變，從而產(chǎn)生了具有關(guān)鍵功能的47個(gè)氨基酸序列。

也就是說，一個(gè)原本常見的單堿基突變，發(fā)生在了 ARHGAP11B 基因的特定位點(diǎn)，導(dǎo)致了人類形成了更大更復(fù)雜的大腦，最終導(dǎo)致了人類的特異性，影響了人類的進(jìn)化方向。

該基因在猴子中的作用

到目前為止，尚不清楚人類特異性基因 ARHGAP11B 是否還會(huì)在非人類靈長類動(dòng)物中引起新皮層增大。

為了對(duì)此進(jìn)行研究，Wieland Huttner 團(tuán)隊(duì)與位于日本中央實(shí)驗(yàn)動(dòng)物研究所的 Erika Sasaki 及慶應(yīng)大學(xué)的 Hideyuki Okano 合作，他們都是日本非人靈長類動(dòng)物轉(zhuǎn)基因技術(shù)的先驅(qū)。

Wieland Huttner 團(tuán)隊(duì)在日本與合作者創(chuàng)造了轉(zhuǎn)基因狨猴，這些狨猴在發(fā)育的大腦新皮層中表達(dá)了人類特異性基因 ARHGAP11B 。

研究團(tuán)隊(duì)在日本采集了第101天的狨猴胚胎的大腦（在出生前50天），然后帶回德國進(jìn)行詳細(xì)分析。

分析結(jié)果表明，表達(dá)了人類特異性基因 ARHGAP11B 后的狨猴的大腦確實(shí)變得更大了，皮質(zhì)板也變得更厚，大腦皮層上的褶皺也更多，且上層神經(jīng)元數(shù)量也大大增加，這是在靈長類動(dòng)物進(jìn)化中增加的神經(jīng)元類型。

這些研究結(jié)果表明，ARHGAP11B 基因引起了靈長類動(dòng)物新皮層的擴(kuò)張。

道德上的考量

領(lǐng)導(dǎo)這項(xiàng)研究的 Wieland Huttner 教授表示，研究團(tuán)隊(duì)已經(jīng)預(yù)期這個(gè)人類特有基因的表達(dá)會(huì)影響絨猴的大腦新皮層的發(fā)育，但是鑒于該基因?qū)︶鹾锍錾蟠竽X功能不可預(yù)見的潛在影響，這項(xiàng)研究在絨猴胚胎階段就停止了。

研究人員認(rèn)為，這些結(jié)果表明，人類特有的 ARHGAP11B 基因很可能在人類進(jìn)化過程中導(dǎo)致了大腦新皮層的擴(kuò)展，從而導(dǎo)致了人類大腦的快速進(jìn)化。Wieland Huttner 團(tuán)隊(duì)的一系列研究讓我們距離人類進(jìn)化的真相越來越近。

論文鏈接：

https://science.sciencemag.org/content/early/2020/06/17/science.abb2401.full

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總結(jié)

以上是生活随笔為你收集整理的Science：把这个人类特有基因转入猴子后，它们的大脑更大更强了，但科学家没敢让它出生...的全部?jī)?nèi)容，希望文章能夠幫你解決所遇到的問題。

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