Неандертальские гены дали ключ к пониманию эволюции человеческого мозга

Неандертальский череп (слева) имеет форму, отличную от человеческого черепа (справа).

Фото Philipp Gunz (CC BY-NC-ND 4.0).

Изучая фрагменты неандертальской ДНК в геномах ныне живущих европейцев, учёные обнаружили гены, влияющие на форму черепа.

Иллюстрация Philipp Gunz (CC BY-NC-ND 4.0).

Характерной особенностью современного человека является круглая форма черепа и мозга, отличающаяся, например, от вытянутой формы черепа неандертальца, типичной для большинства приматов.

Предполагается, что такая поразительная разница в форме отражает эволюционные изменения в размерах структур человеческого мозга, и, возможно, даже в том, как ключевые области органа связаны друг с другом.

Известно, что ткани мозга после смерти человека не превращаются в окаменелость. По этой причине основное биологическое объяснение происходящих изменений оставалось тайной для антропологов.

Чтобы разобраться в этом вопросе, международная исследовательская группа разработала новую стратегию изучения: они объединили анализ окаменелых черепов, данные секвенирования древних геномов и визуализации мозга.

"Наша цель заключалась в выявлении потенциальных генов-кандидатов и биологических путей, которые имеют отношение к "округлению" мозга", – говорит один из авторов исследования Аманда Тилот (Amanda Tilot) из Института психолингвистики Макса Планка.

Не секрет, что современные люди с европейским происхождением несут фрагменты неандертальской ДНК, "спрятанные" в их геномах. Такое наследие стало результатом скрещивания неандертальцев и предков современных европейцев. Различные люди несут разные фрагменты, разбросанные по всему геному. Именно этим фактом решили воспользоваться авторы работы.

Исследователи впервые провели КТ-сканирование окаменелых черепов неандертальцев и современных людей для создания эндокастов (виртуальных оттисков внутренней части черепа, где располагались мозговые оболочки).

Черепа неандертальцев (слева) более вытянутые, чем черепа современных людей.
Черепа неандертальцев (слева) более вытянутые, чем черепа современных людей.
Иллюстрация Philipp Gunz.

Затем они разработали единый способ измерения глобулярности (округлости), основанный на различиях в форме черепа между современными людьми и неандертальцами.

После этого учёные определили степень глобулярности тысяч здоровых современных людей, используя данные магнитно-резонансной томографии.

Современные формы человеческого мозга и черепа, безусловно, отличаются от форм неандертальца. При этом исследователям удалось обнаружить значительные различия в глобулярности черепов среди участников исследования.

"Не думаю, что [подобные изменения] можно заметить невооружённым глазом", – говорит палеоантрополог Филипп Гунц (Philipp Gunz) из Института эволюционной антропологии общества Макса Планка, Германия.

Исследователи также изучили геномы примерно 4500 человек, чтобы определить фрагменты неандертальской ДНК, которые нёс каждый участник.

Как сообщается в пресс-релизе исследования, черепа современных людей, которые несут определённые фрагменты ДНК неандертальцев, немного менее округлены.

Так, специалисты обнаружили фрагменты неандертальской ДНК на хромосомах 1 и 18, которые были связаны с менее шаровидным (и, соответственно, более удлиненным) мозгом. Такие фрагменты также были связаны с изменённой активностью двух генов: UBR4 и PHLPP1. Последние, как уже было известно, играют роль в важных аспектах развития мозга (нейрогенезе и образовании миелинового слоя).

Таким образом, учёные, изучая фрагменты неандертальской ДНК в геномах ныне живущих европейцев, обнаружили гены, определяющие шаровидную форму черепа.

Гунц отмечает, что исследователи зафиксировали едва различимые вариации внутричерепной формы, которые, вероятно, говорят об изменении объёма и связности определённых областей мозга.

Изучая фрагменты неандертальской ДНК в геномах ныне живущих европейцев, учёные обнаружили гены, влияющие на форму черепа.
Изучая фрагменты неандертальской ДНК в геномах ныне живущих европейцев, учёные обнаружили гены, влияющие на форму черепа.
Иллюстрация Philipp Gunz (CC BY-NC-ND 4.0).

Самые очевидные доказательства влияния фрагментов неандертальской ДНК на активность генов были обнаружены в базальных ганглиях и мозжечке.

Поясним, что обе структуры участвуют в обучении и координации движений. Базальные ганглии также связаны с когнитивными функциями, такими как память, внимание, планирование, обучение навыкам.

Авторы работы напоминают, что некоторое время назад археологи начали находить свидетельства сложных моделей поведения неандертальцев (ранее подобное приписывалось исключительно "сапиенсам"). Например, речь идёт о загадочной структуре, построенной внутри пещеры Брюникель.

Впрочем, как отмечает Гунц, "основное внимание в исследовании уделяется изучению необычной формы мозга современных людей". "Результаты [работы] не могут быть использованы, чтобы делать выводы о том, что неандертальцы могли или не могли делать", – добавляет он.

Авторы работы предполагают, что будущие исследования помогут отыскать дополнительные гены, связанные с глобулярностью, а также укажут, как эта черта связана с другими аспектами человеческой биологии.

Результаты работы были представлены в научном издании Current Biology.

Добавим, что современные люди унаследовали от неандертальцев гены борьбы с ВИЧ, гриппом и гепатитом. Кроме того, наши "двоюродные братья" неандертальцы оставили нам в наследство гены, защищающие нас от шизофрении.

Также авторы проекта "Вести.Наука" (nauka.vesti.ru) рассказывали о том, как сыр изменил форму черепа наших предков и как форма лба помогла выжить людям, но погубила неандертальцев.