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人类基因被插入猴子胚胎,导致其大脑快速进化,实验让科学家担心

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人类能够在地球上享有绝对的生存空间、资源,以及站在食物链的顶端,成为地球继恐龙之后的新一任霸主,靠的不是蛮力,不是体型的绝对优势,而是一颗重量约为1.4千克的大脑。

虽说我们的大脑在自然界不是最重的,但是我们大脑皮层的表面积绝对是最大的,而更大的大脑皮层表面积就能容纳更多的脑细胞、以及神经元。

这就造就了人类发展出了独特的语言能力、文化艺术和超强的逻辑能力、认知能力,正是这些能力使得人类有别于其他的动物。

那么人类头部的体积有限,是如何进化出更大的大脑皮层表面积的?

人类头颅的大小跟有些哺乳动物比起来简直像一颗芝麻绿豆一般,例如大象的头颅,狮子、老虎的头颅、鲸鱼的头颅,它们都能容纳体积更大、重量更大的大脑;

比如大象的大脑重量约为4000克,,鲸鱼的大脑重量约为7000克,这比人类大了好多,但是它们大脑皮层的表面积却比人类小了很多,拥有的神经元也少了很多。

因为人类的大脑看起来是这样的:

人类大脑看起来像一颗核桃仁,表面拥有非常多的凹陷和突起所形成的褶皱,这些结构就使得人类的大脑在有限的体积内,长出了非常大的表面积。

而其他动物们的大脑,虽然有些比人类的大,但是它们大脑的表面是光滑的,看起来是这样的:

这就造成了自然界其他的动物大脑没有人类大脑神经元的数量多,也没有人类大脑复杂,这一点就造成了人类和其他动物大脑最大的区别。

我们知道人类在地球上并不是独立进化而来的,而是和其他动物有着共同的祖先,在进化之路上离我们最近的亲戚就是黑猩猩,它们的大脑同样没有人类这么多的褶皱。

这说明人类是在450万年前和黑猩猩分家以后才出现的基因突变,造成大脑的发育。在大脑发育的过程中人类花了数百万年的时间;

根据我们现在发现的化石证据显示,大约在380万年前,人类的祖先南方古猿阿尔法种(露西少女)的大脑体积不到五百立方厘米,跟现在人比起来只有1/3;

但这时的露西已经有了现代人类直立行走的特征,其大脑相比于黑猩猩也有了明显的进化。

到了180万年前人类的大脑已经进化的比南方古猿大了两倍,当时的直立人有证据表明它们已经会使用火和工具了。

还有在数十万年前,我们现代人和人类的两个亚种(尼安德特人以及丹尼索瓦人)的大脑体积基本相当,已经进化到了1400立方厘米;

大脑虽然无法形成化石,但很明显在人类大脑体积增大的同时,大脑皮层的表面积也在以更快的速度增加。

那么是什么导致了人类大脑增大,以及皮层出现褶皱的?

经过研究,科学家在人类的身上发现了一种独有的DNA片段:ARHGAP11B,这种DNA片段在其他动物身上,甚至是黑猩猩的身上都没有;

科学家认为正是这一种单一的、人类特有的基因造成了人类大脑发育出了大量的神经元,并且这些神经元导致了人类大脑形成了特有的褶皱;

使得人类的大脑可以在有限的空间内将更多的脑细胞压缩成更小的体积。

为了验证这种基因导致了人类大脑神经元数量的增多,科学家将这种DNA片段插入到了老鼠的胚胎中,结果发现老鼠胚胎的大脑出现了进化;

这个基因片段诱导了小鼠大脑更多神经元的形成(上图中的红色)。当然出于实验的安全和伦理问题,这个老鼠并没有出生,科学家当然也没有继续研究这个老鼠是不是变得更聪明了。

但实验确定了正是这个单一的基因导致了人类大脑的进化,为人类成为地球霸主铺平了道路。

以上的研究结果在2015年发表在《科学》杂志上。

最近科学家又将这项实验扩展到了灵长类的身上,使用得实验对象并不是我们的近亲黑猩猩,而是离我们关系比较远的狨猴。

同样的,科学家这次依然通过基因手段将人类特有的DNA片段ARHGAP11B插入到了狨猴胚胎中,总共培育了7个狨猴胎儿。

在距离胎儿发育成熟还有50天的时候,也就是胚胎发育了102天,科学家就将胚胎取出研究狨猴大脑的变化。

结果发现,虽然狨猴的大脑没有像人类那样充满褶皱,但依然出现了类似的特征,包括体积变大,以及大脑皮层有了凹陷和突出的结构。

上图是狨猴大脑的一半,箭头处就可以看到大脑皮层的凹陷和突起,这表明经过人类特有基因的影响,狨猴的大脑也开始进化了。

下图可能看起来更为明显、直观一些。

上图左边是狨猴正常的大脑,右面是基因编辑以后的大脑,很明显发生变化,体积增大,箭头处可以明显地看到有凸起,而且这样的大脑更加类人化。上图的标尺为1毫米。

当然人类也并没有让这些狨猴存活,还是因为涉及到了伦理问题,以为未知的实验风险。相信你有看过《猩球崛起》这部电影。

里面的凯撒就是经过人类的干预以后有了自己的意识,并且带领其他的类人猿还像人类发起了战争。

虽然电影多半都有带有科幻色彩,但是这样的情况在科学上也并非不可能。

如果我们的实验对象使用的是黑猩猩这种和人类更为亲近的灵长类,那么它们的大脑肯定会发生更大的改变;

如果我们人类还允许其出生,并且在经过几代的培育,我相信黑猩猩的大脑也会进化成人类的样子,它们很可能会拥有更强的认知能力、甚至有语言和逻辑能力,到时《猩球崛起》的那一幕出现也未必不可能。

最新的对狨猴大脑的变化的研究同样发表在《科学》杂志上。


论文:

Human-specific ARHGAP11B increases size and folding of primate neocortex in the fetal marmoset

Human-specific gene ARHGAP11B promotes basal progenitor amplification and neocortex expansion

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