Die menschliche Größe des Gehirns gen löst größeren Gehirn bei Affen
Die expansion des menschlichen Gehirns im Laufe der evolution, speziell des Neokortex, ist verbunden mit kognitiven Fähigkeiten wie Argumentation und Sprache. Ein bestimmtes gen namens ARHGAP11B, dass ist nur in den Menschen auslöst Gehirn Stammzellen zu bilden Stammzellen mehr, die Voraussetzung für ein größeres Gehirn. Bisherige Studien haben gezeigt, dass ARHGAP11B, wenn ausgedrückt in Mäusen und Frettchen, um unphysiologisch hohe Konzentrationen, bewirkt eine erweiterte neocortex, aber seine Bedeutung für die Primaten-evolution wurde unklar.
Forscher am Max-Planck-Institut für Molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden zusammen mit Kollegen am Zentralinstitut für Versuchstiere (CIEA) in Kawasaki und der Keio Universität in Tokyo, beide mit Sitz in Japan, zeigen, dass diese spezifisch menschlichen Gens, als Ausdruck der physiologischen Ebene, führt zu einer vergrößerten neocortex in der common marmoset, eine Neue Welt Affen. Dies deutet darauf hin, dass die ARHGAP11B gen verursacht haben, neocortex expansion innerhalb der menschlichen evolution. Die Forscher veröffentlichten Ihre Ergebnisse in der Zeitschrift Science.
Der menschliche neocortex, dem evolutionär jüngsten Teil der Großhirnrinde, ist etwa drei mal größer als der des nächsten menschlichen verwandten, den Schimpansen, und seine Falten in Falten erhöht, während der evolution, um fit in den begrenzten Raum des Schädels. Eine wichtige Frage für die Wissenschaftler ist, wie der menschliche neocortex wurde so groß. In einer 2015-Studie der Arbeitsgruppe von Wieland Huttner, ein Gründungsdirektor des MPI-CBG, gefunden, dass unter dem Einfluss der spezifisch menschlichen gene ARHGAP11B, Maus-Embryonen produziert viele mehr neuronale Vorläuferzellen und könnte auch Durchlaufen Faltung von Ihren normalerweise entfaltet neocortex. Die Ergebnisse vorgeschlagen, dass das gen ARHGAP11B spielt eine wichtige Rolle bei der evolutionären Erweiterung des menschlichen neocortex.
Der Anstieg der Mensch-spezifischen Gens
Die spezifisch menschlichen gene ARHGAP11B entstanden durch eine partielle Duplikation des ubiquitären Gens ARHGAP11A etwa fünf Millionen Jahren entlang der Entwicklungslinie führt zu den Neandertalern, Denisovans, und dem heutigen Menschen, und nach dieser Linie, hatte aber getrennt von dem, der was zu den Schimpansen. In einer follow-up-Studie im Jahr 2016, der Arbeitsgruppe von Wieland Huttner entdeckt eine überraschende Grund, warum die ARHGAP11B proteins enthält eine Sequenz von 47 Aminosäuren, die spezifisch menschlichen, nicht in der ARHGAP11A protein und wichtig für ARHGAP11B die Fähigkeit zu erhöhen, Gehirn Stammzellen.
Insbesondere kann ein einzelnes C-zu-G-Basis-substitution gefunden in der ARHGAP11B-Gens führt zum Verlust von 55 nukleotiden aus der ARHGAP11B messenger-RNA, wodurch eine Verschiebung des leserasters resultiert in der human-spezifische, funktionell kritischen 47 Aminosäure-Sequenz. Diese Basis-substitution wahrscheinlich geschah viel später, als wenn dieses gen entstand vor etwa 5 Millionen Jahren, irgendwann zwischen 1,5 Millionen und 500.000 Jahren. Solche Punktmutationen sind nicht selten, aber im Fall von ARHGAP11B seine Vorteile der Bildung ein größeres Gehirn zu haben scheinen unmittelbar beeinflusst menschliche evolution.
Die gen den Effekt in Affen
Es wurde jedoch bis anhin nicht klar, ob die spezifisch menschlichen gene ARHGAP11B würde auch dazu führen, eine vergrößerte Großhirnrinde in nicht-menschlichen Primaten. Um dies zu untersuchen, haben die Forscher in der Arbeitsgruppe von Wieland Huttner zusammen mit Erika Sasaki am zentralen Institut für Versuchstiere (CIEA) in Kawasaki und Hideyuki Okano an der Keio Universität in Tokyo, beide mit Sitz in Japan, der den Weg gebahnt hatte, die Entwicklung einer Technologie zur Erzeugung von transgenen nicht-menschlichen Primaten. Der erste Autor der Studie, postdoc Michael Heide, reiste nach Japan, um die Arbeit mit den Kolleginnen und Kollegen direkt vor Ort.
Sie generierten transgene gemeinsamen Murmeltieren, eine Neue Welt Affen, ausgedrückt, dass der Mensch-spezifischen Gens ARHGAP11B, die Sie normalerweise nicht haben, in den sich entwickelnden neocortex. Japan hat ähnlich hohe ethische standards und Vorschriften in Bezug auf Tierversuche und Tierschutz in Deutschland hat. Die Gehirne von 101-Tag-alt common marmoset Feten (50 Tage vor der normalen Geburt Datum) erhalten wurden, in Japan und exportierte das MPI-CBG in Dresden für eine ausführliche Analyse.
Michael Heide erklärt: „Wir fanden in der Tat, dass der neocortex der common marmoset brain wurde vergrößert und das Gehirn Oberfläche gefaltet. Seine kortikalen Platte war auch dicker als normal. Darüber hinaus konnten wir sehen, eine erhöhte Anzahl von basalen radialen glia Vorläuferzellen in der äußeren subventrikulären zone und höhere zahlen von der oberen Schicht Neuronen, die neuron-Typ, der erhöht in der Primaten-evolution.“ Die Forscher hatten nun die funktionelle Beweise, dass ARHGAP11B bewirkt eine Erweiterung der Primaten-Großhirnrinde.
Ethische Gesichtspunkte
Wieland Huttner, der die Studie leitete, fügt hinzu: „Wir beschränken unsere Analysen auf marmoset Föten, weil wir erwarteten, dass der Ausdruck dieser spezifisch menschlichen gene beeinflussen würde des neocortex Entwicklung in der seidenäffchen. Im Licht der potenziellen unvorhergesehenen Folgen bezüglich der postnatalen Gehirn-Funktion, wir es als eine Voraussetzung und zwingend aus ethischer Sicht—zur ersten Bestimmung der Auswirkungen der ARHGAP11B auf die Entwicklung des fetalen marmoset neocortex.“