Neanderthaler genen verklaren de rondheid van moderne menselijke hersens

Een ontluikende hoeveelheid onderzoek suggereert dat we in veel opzichten Homo sapiens zijn niet zo verschillend van onze naaste verwant Homo neanderthalensis. Als levende mensen creëerden Neanderthalers kunst, brachten ze cultuur tot uiting en zorgden ze voor leden van hun gemeenschap. Maar we verschillen van hen op twee, mogelijk verbonden, manieren - de vorm van onze schedels en het feit dat we niet uitgestorven zijn.

Dat komt omdat schedels, cruciaal, hersenen vasthouden. Moderne menselijke schedels hebben een ronde, bolvormige vorm, terwijl de schedels van de Neanderthalers langwerpig zijn. In een studie vrijgegeven woensdag in Huidige biologie, een internationaal team van wetenschappers werd de eerste die de genetische factoren identificeerde die waarschijnlijk tot deze meeslepende verschillen in vorm hebben geleid. Op hun beurt hebben ze ons een stap dichterbij een begrip gebracht van wat het betekent om lid te zijn van onze verschillende soorten.

"De motivatie achter het bestuderen van de unieke vorm van de menselijke hersencasus is dat het een van de meest gevestigde en duidelijk gedefinieerde anatomische kenmerken is die Homo sapiens van andere menselijke soorten, "vertelde de eerste auteur en biologische antropoloog Philipp Gunz, Ph.D. omgekeerde.

Gunz werkt als research fellow aan het Max Planck Institute for Evolutionary Anthropology. Schedels, legt hij uit, zijn vensters in de hersenbiologie. Wetenschappers weten dat Neanderthalers en moderne mensen schedels van verschillende vormen hebben, maar omdat hersenweefsel niet fossiliseert, is de onderliggende biologie ongrijpbaar gebleven. Hier nam het team een ​​interdisciplinaire aanpak, waarbij fossiele schedelanalyse werd gecombineerd met hersenbeelden en moderne gensequencing.

Het is belangrijk op te merken dat onze hersenen niet altijd bolvormig zijn geweest. De oudste Homo sapiens fossielen, gevonden in Marokko en dateren van ongeveer 300.000 jaar geleden, hebben endocraniaal volumes die vallen in het bereik van de hedendaagse mens, maar endocraniaal vormen die langwerpig zijn. Dat betekent dat ze grote hersens hadden, maar geen ronde hersenen. Eerder werk uitgevoerd door Gunz toont aan dat de moderne hersengrootte ongeveer 300.000 jaar geleden ontstond, maar bolvormige hersenen ontstonden ongeveer 40.000 jaar geleden - ongeveer op hetzelfde moment dat de Neanderthalers uitgestorven waren.

Gunz zegt dat de opvallende verandering in Homo sapiens endocraniale vormen weerspiegelen waarschijnlijk 'evolutionaire veranderingen in de organisatie van structuren van het menselijk brein, misschien zelfs op de precieze manier waarop verschillende gebieden met elkaar zijn verbonden'.

Om dit idee te verkennen, ontwikkelde het team een ​​afgesproken mate van globulariteit door virtuele afdrukken te maken van het interieur van de Neanderthaler en moderne menselijke hersenincases. Vervolgens maten ze de bolvormigheid van de hersenen van 4469 levende mensen met behulp van MRI-hersenscans. De wetenschappers onderzochten ook het DNA van deze deelnemers - op zoek naar fragmenten van oud Neanderthaler DNA met de hoop dat er een verband zou kunnen bestaan ​​tussen Neanderthal afkomst en hersenvorm. Hoewel de Neanderthalers uitgestorven zijn, leeft hun genetische erfenis voort uit oude rituelen met anatomisch moderne mensen.

De wetenschappers ontdekten dat, hoewel alle levende mensen schedelvormen hebben die duidelijk verschillen van Neanderthaler schedels, moderne mensen variëren in hun mate van hersenbolmatigheid. Bovendien ontdekten ze dat er bij levende mensen Neanderthaler DNA-fragmenten op chromosomen 1 en 18 gecorreleerd zijn gereduceerd globularity.

"Zoals andere aspecten van de hersenanatomie, zal de mate van globulariteit waarschijnlijk worden beïnvloed door variatie in veel verschillende genen, elk met een klein effect", legt Gunz uit. "De effecten van elk geassocieerd Neanderthaler-fragment waren subtiel, maar detecteerbaar door het gebruik van een grote steekproefomvang in ons onderzoek."

Deze Neanderthaler-fragmenten werden vervolgens gekoppeld aan veranderde genactiviteit in hersenstructuurweefsels, waaronder het putamen in de basale ganglia en het cerebellum. De genen waarmee de fragmenten associëren, UBR4 en PHLPPI, spelen een belangrijke rol bij de ontwikkeling van de hersenen - en het is waarschijnlijk dat hier de link is tussen hersengeldbolulariteit en hersenmechanismen. De basale ganglia dragen bij aan cognitieve functies zoals leren van vaardigheden en planning, en het cerebellum - dat 50 procent van de neuronen van de hersenen bevat - is belangrijk voor de taalverwerking en het werkgeheugen.

Gunz benadrukt dat de effecten van het dragen van Neanderthaler fragmenten die de hersenvorm beïnvloeden op zijn zachtst gezegd subtiel zijn - en hun focus op globulariteit werd niet gemotiveerd door "het idee dat de hersenen vorm ons iets eenvoudigs over ons gedrag kan vertellen." Terwijl andere wetenschappers hebben beweerd dat de ronde, uitpuilende kleine hersenen van mensen hebben ons misschien een sociaal en cognitief been boven Neanderthalers gegeven, Gunz denkt dat "er geen reden is om een ​​rechtlijnige correlatie te verwachten tussen de algehele hersenvorm en gedrag."

Maar de bevindingen suggereren wel dat ontwikkelingsmechanismen waarschijnlijk hebben bijgedragen aan de evolutie van de moderne hersenvorm en -functie - waardoor we het gevoel kunnen zijn, denkende mensen die we nu zijn. Het team is van plan door te gaan met het bestuderen van de genen die geassocieerd zijn met globulariteit, in de hoop dat ze andere manieren zullen onthullen waarin dat kenmerk is gekoppeld aan menselijke biologie. Wij zijn de enige mensen die op aarde zijn gebleven - en waarom is nog steeds een mysterie.