MCPH1基因可能在人類大腦的發育中有特殊的功能

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“人類區別於其他非人靈長類最顯著的特征,就是大腦容量顯著增加和認知能力高度發達。”多年從事遺傳學研究的宿兵說,“但是,對於人類在進化過程中,中樞神經系統顯著變化的遺傳機制,人們一直不清楚。”

詹姆斯·西卡拉指出,這些猴子只有5只存活,“它們大腦大小和記憶力是否真正與正常猴子不同,還很難得出確切結論”。

這是科學界首次利用非人靈長類轉基因模型,研究人類特異的遺傳變異對人類智力起源的貢獻。研究工作是由中國科學院昆明動物研究所研究員宿兵的團隊與昆明理工大學、昆明醫學院第一附屬醫院、美國北卡羅來納大學等單位合作完成的。

這項研究結果發表在3月27日的《國家科學評論》上,研究團隊認為,“對研究人類起源以及人類特有的腦疾病如老年痴獃等具有重要價值。”

研究團隊相信,他們的這一研究 “有助於認識大腦發育疾病如自閉症的病因,為潛在的治療方案提供有效線索”。不過,他們的論文也引起了爭議。

當人類的其他靈長類“近親”還在樹上活動時,人類卻開始直立行走、使用工具、創造文明。究其原因,科學家們認為,一個重大節點是,人類在進化過程中發生了一種獨特現象:幼態持續——通過身體發展的延遲,來保留住祖先的幼年特征。與“近親”相比,人類發育過程延緩,為大腦發育和神經網絡的可塑性提供了更長的時間窗口。

在宿兵看來,研究這一問題的一個有效手段,就是找出那些由於突變會導致人類大腦發育異常的基因。最典型的例子就是對人類原發性小頭症發病機制的遺傳學解析。

中國青年報·中青在線記者 張文凌

通過核磁共振腦影像分析,研究團隊發現轉基因猴有明顯的神經細胞與神經網絡成熟延遲的現象。更重要的是,與野生型對照猴相比,轉基因猴的工作記憶能力明顯提高。

早在2004年,宿兵的團隊就對最早被鑒定出來的小頭症基因MCPH1的分子進化進行了研究,並首次發現這種基因的蛋白序列在人類起源中發生了多個位點的特有變異。2013年,他們通過細胞功能實驗,進一步證實了這些人類特異的序列變異會改變MCPH1對下游基因的調控模式,以及物種特異突變對這種調控作用的影響。研究者認為,MCPH1基因可能在人類大腦的發育中有特殊的功能。

對此,宿兵表示,他“同意不應該改變猿類的大腦,因為它們與人類如此接近”。但他強調,“儘管它們的基因組與人類的基因組很接近,但仍有數以千萬計的差異”,通過植入少量人類基因,猴子不可能就會因此變成“猴子以外”的生物。

此後,他們開始了一項大膽的實驗,將人類基因MCPH1植入11只恆河猴腦中——目前有5只猴子存活。

他擔心,這種研究不僅涉及“倫理道德和動物權利”,而且“試驗的成功可能會導致更加極端的基因編輯改造”。他和他的同事在2010年寫過一篇論文探討這一問題。他們認為,使猿類“人化”會帶來傷害。

“這說明大腦發育的延緩對轉基因猴的智力提升可能是有益的,類似於人類大腦發育的幼態持續現象。”宿兵說。

把人腦基因植入猴腦,會得出什麼結果?來自中國科學院昆明動物研究所的一項研究發現,植入了人類大腦智力關鍵基因的恆河猴,顯示出工作記憶能力明顯提高的特征。

美國科羅拉多大學的遺傳學家詹姆斯·西卡拉認為,“人類基因永遠都不應該被移植到猿類身上”。