Увеличение размера человеческого мозга в ходе эволюции обусловлено не появлением новых генов, а повышенной активностью генетических переключателей. Они заставляют стволовые клетки сильнее ветвиться, делиться и производить больше нейронов.
Ключевые тезисы:
- Кодирующий геном человека совпадает с геномом шимпанзе и горилл на 98–99 процентов.
- У людей активно работает около 600 уникальных генетических переключателей, стимулирующих ветвление нервных клеток.
- Открытие сделано благодаря параллельному исследованию трехмерных мозговых органоидов человека и обезьян в лабораторных условиях.
Человеческий мозг разительно превосходит по размерам мозг наших ближайших эволюционных родственников — высших приматов. Долгое время исследователи искали причину этого феномена в уникальных мутациях, однако разгадка кроется не в новых генах, а в тонких настройках уже существующего базового ДНК-инструментария.
Развитие неокортекса определяет наши высшие когнитивные способности, такие как абстрактное мышление, речь и долгосрочное планирование. Именно эта область коры у человека претерпела колоссальное эволюционное расширение по сравнению с шимпанзе и гориллами. Ученые давно установили, что кодирующая часть нашего генома совпадает с геномом этих человекообразных обезьян на 98–99 процентов. Столь высокое сходство доказывает, что само по себе наличие специфических человеческих генов не может служить исчерпывающим объяснением массивного роста мозговой ткани.
Разница в размерах мозга закладывается еще на этапе эмбрионального развития, когда генерируется подавляющее большинство нейронов. Изучать этот процесс в естественных условиях невозможно, так как развивающиеся ткани мозга высших приматов недоступны для исследований по строгим этическим соображениям. Человекообразные обезьяны находятся под угрозой исчезновения и подлежат строгой охране.
Чтобы обойти этот барьер, международная команда под руководством профессора Марайке Альберт из Дрезденского технического университета обратилась к технологии мозговых органоидов. Это крошечные трехмерные структуры ткани, которые выращиваются из стволовых клеток и в лабораторных условиях с высокой точностью имитируют ранние этапы формирования неокортекса. Исследователи Центра регенеративной терапии Дрездена (CRTD) вырастили такие мини-модели из клеточного материала человека, шимпанзе и гориллы, чтобы впервые провести параллельное сравнение их развития.
Анализ активности генов в нервных стволовых клетках преподнес исследователям сюрприз. Выяснилось, что идентичные гены у разных видов используются совершенно по-разному. По словам доктора Шютце, руководившего экспериментальной частью работы, ключевую роль в этом процессе играют короткие последовательности ДНК — генетические переключатели.
Эволюция оказалась весьма прагматичным инженером: вместо того чтобы изобретать новые детали, она просто покрутила ручки на уже имеющемся пульте управления. Генетические переключатели работают как диммеры, плавно усиливая или ослабляя активность определенных участков генома. Как сообщают биологи на страницах журнала Nature Communications, в человеческих нервных клетках было обнаружено почти 600 таких переключателей, работающих интенсивнее, чем у шимпанзе и горилл.
Повышенная активность генетических диммеров напрямую влияет на архитектуру строящихся клеток мозга. Многие из выявленных переключателей регулируют гены, отвечающие за физическую форму развивающейся клетки. Под их интенсивным воздействием стволовые клетки образуют длинные разветвленные отростки.
Сильно разветвленные клетки способны улавливать гораздо больше химических сигналов из окружающей среды. Интенсивный обмен информацией стимулирует их делиться чаще и производить большее количество нейронов. В конечном итоге именно этот каскад клеточных реакций приводит к формированию крупного и сложного человеческого мозга.
Для проверки этой гипотезы исследователи принудительно отключили два регулирующих гена в человеческих органоидах. Результат подтвердил теоретические выкладки: стволовые клетки быстро потеряли свою ветвистую структуру, а в одном из случаев это напрямую привело к снижению выработки новых нейронов. Хотя эксперименты проводились in vitro, они открывают фундаментальное понимание того, как микроскопические изменения формируют наш вид. Оказалось, мы пользуемся практически тем же генетическим набором, что и обезьяны, но именно уникальные настройки делают нас людьми.
Поддержать нас на Boosty
Поддержать нас на Дзен
FAQ: Часто задаваемые вопросы
Что такое мозговые органоиды?
Это миниатюрные трехмерные структуры ткани, искусственно выращенные в лаборатории из стволовых клеток. Они имитируют строение и развитие настоящего мозга, позволяя ученым безопасно изучать ранние стадии формирования неокортекса.
Чем геном человека отличается от генома обезьян?
Кодирующая часть нашего генома совпадает с ДНК шимпанзе и горилл на 98–99 процентов. Главное отличие заключается не в самом наборе генов, а в активности генетических переключателей, которые регулируют их работу.
Зачем стволовым клеткам мозга длинные отростки?
Разветвленная форма помогает клетке улавливать больше сигналов из окружающей среды. Это заставляет её активнее делиться и производить больше нейронов, что в итоге приводит к увеличению общего объема мозга.
Источник: Theresa M. Schütze et al., Human-specific morphoregulatory signatures in basal radial glia characterise neocortex evolution, Nature Communications (2026). DOI: 10.1038/s41467-026-78474-0
Читайте также: Физика мозга и расширенная теория среднего поля для понимания активности нейронов