人类是如何生长出比类人猿更大的大脑的
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这是一项颠覆很多人认知的研究成果，自从人类与其他类人猿分离以来，人类大脑经历了快速扩张，但这种人类特有的扩张机制仍然未知。在本研究中，研究者使用源自人类、大猩猩和黑猩猩细胞的大脑类器官来研究驱动进化大脑扩张的发育机制。感兴趣的专业童鞋可去阅读英文原版或找小编索取拓展PDF版。本文只适合科普，参考。
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人脑类器官比大猩猩和黑猩猩长得多（从左到右）。这些大脑类器官有 5 周大。图片来源：S.·贝尼托-Kwiecinski/MRC LMB/Cell
科学家发现人类如何生长发育出比其他猿类更大的大脑
英国研究与创新 2021 年 3 月 24 日
一项新研究首次确定了人类大脑如何变得更大，其神经元数量是黑猩猩和大猩猩大脑的三倍。这项由英国剑桥医学研究委员会 (MRC) 分子生物学实验室的研究人员领导的研究确定了一个关键的分子开关，可以使类人猿大脑类器官生长得更像人类类器官，反之亦然。
这项发表在《细胞》杂志上的研究比较了“大脑类器官”——从模拟早期大脑发育的干细胞生长的 3D 组织——这些组织是从人类、大猩猩和黑猩猩干细胞中生长出来的。
与实际大脑类似，人脑类器官比其他类人猿的类器官生长得要大得多。
领导这项研究的来自 MRC 分子生物学实验室的 马德琳·兰卡斯特博士说：“这为我们提供了一些关于人类大脑发育的不同之处的初步见解，这些不同之处使我们区别于我们的近亲，即其他类人猿。我们和其他类人猿最显著的区别就是我们的大脑有多大。”
在大脑发育的早期阶段，神经元由称为神经祖细胞的干细胞构成。这些祖细胞最初具有圆柱形形状，这使得它们很容易分裂成具有相同形状的子细胞。
在这个阶段神经祖细胞繁殖的次数越多，后面的神经元就越多。
随着细胞成熟并减慢它们的增殖，它们会伸长，形成一个像拉伸的冰淇淋蛋筒一样的形状。
此前，对小鼠的研究表明，它们的神经祖细胞成熟为圆锥形，并在数小时内减缓其增殖。
现在，大脑类器官让研究人员能够揭示人类、大猩猩和黑猩猩的这种发育是如何发生的。
他们发现在大猩猩和黑猩猩中，这种转变需要很长时间，大约持续五天。
仅仅 5 天后，大猩猩的神经祖细胞就成熟为圆锥形（右），而人类细胞（左）则保持圆柱形。图片来源：S.贝尼托-Kwiecinski/MRC LMB/Cell
在这种转变中，人类祖细胞的延迟甚至更大，大约需要 7 天。与其他猿类相比，人类祖细胞保持圆柱形的时间更长，在此期间它们分裂得更频繁，产生更多的细胞。
这种从神经祖细胞到神经元转变速度的差异意味着人类细胞有更多的时间进行繁殖。与大猩猩或黑猩猩的大脑相比，这可能是人类大脑中神经元数量增加约三倍的主要原因。
兰开斯特博士说：“我们发现早期大脑细胞形状的延迟变化足以改变发育过程，有助于确定所产生的神经元数量。
“值得注意的是，细胞形状的一个相对简单的进化变化可能会对大脑进化产生重大影响。我觉得我们真的学到了一些关于我从记事起，就一直感兴趣的问题的基本知识——是什么让我们成为了人类。”
为了揭示导致这些差异的遗传机制，研究人员比较了人类大脑类器官与其他类人猿的基因表达——哪些基因被打开和关闭。
他们发现了一种名为“ZEB2”的基因的差异，该基因在大猩猩大脑类器官中比在人类类器官中更早开启。
为了测试该基因在大猩猩祖细胞中的作用，他们延迟了 ZEB2 的作用。这减缓了祖细胞的成熟，使大猩猩大脑类器官的发育更类似于人类——更慢、更大。
相反，在人类祖细胞中更早地开启会促进人类类器官的过早转变，因此它们更像猿类器官。
研究人员指出，类器官是一种模型，与所有模型一样，不能完全复制真实的大脑，尤其是成熟的大脑功能。但是对于关于我们进化的基本问题，培养皿中的这些脑组织为大脑发育的关键阶段提供了前所未有的视角，否则就不可能进行研究。
兰卡斯特博士是2013 年创建第一个大脑类器官的团队的一员。
注：神经祖细胞属于成体细胞，是未分化的多能或专能细胞，是人体组织中的原始细胞，它包括多个层次即不同分化程度 、不同分化方向的神经祖细胞 ，实质上它是一个异质性的细胞群的统称。
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由英国研究与创新提供
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