被忽视的98%,隐藏着意外的惊喜

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小草

本文来自微信公众号:原理(ID:principia1687),作者:糖兽,题图来自:视觉中国


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人类是如何使用大脑来建立社会、教育后代、发展先进的技术的?科学家相信,这些问题的答案都藏在大脑中。


人类的DNA与黑猩猩非常相似,从进化的角度来说,黑猩猩是现存的人类的最近亲缘。有研究表明,我们与黑猩猩的亲缘关系源自于一个共同的祖先,大约在500万到600万年前,二者的进化之路开始发生发叉,形成了今天的黑猩猩和现代智人。


 黑猩猩是现存的与人类有着最近亲缘关系的物种。|图片来源:suju-foto / Pixabay


自那之后人类前脑的大小和复杂性都有所增加,原始人类的认知功能上升到了一个新的水平。从过往的研究中我们知道,与黑猩猩相比,人类的蛋白质编码基因只出现了非常有限的变化,这表明基因表达调控或许是大脑进化的主要驱动力,但长期以来,科学家对于负责了这种进化过程的实际基因知之甚少。


在一项新发表在《细胞-干细胞》杂志上的研究中,一个国际科学家通过干细胞研究,在从前被忽视的DNA中得出了意外的发现,而他们的发现或许解释了为什么人类大脑有着如此不同的运作方式。


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干细胞一般存在于发育的起始或分化过程较早期的阶段,它们是一种具有自我复制能力的多潜能细胞,如果在适当条件下给予精准的诱导,它们可以分化成多细胞生物体内的各种功能细胞。


2012年,与干细胞相关的干细胞技术获得了诺贝尔生理学或医学奖的认可,获奖者是日本科学家山中伸弥(Shinya Yamanaka),他发现这些特殊的细胞可以被重新编程,然后发育成所有类型的身体组织。


这是一项革命性的技术,它的存在使许多从前无法想象的研究成为可能。以这项新的研究为例,如果没有干细胞技术,科学家就不可能用在伦理上可行的方法来研究人类和黑猩猩之间的差异。


在新的研究中,研究人员利用干细胞技术绕开了直接对活的人和黑猩猩进行研究,而是使用在实验室中培养的干细胞。这些干细胞由研究人员从皮肤细胞中重新编程过,研究人员可以检查随后发展成脑细胞的干细胞。


 取自于黑猩猩的神经干细胞。|图片来源:Johan Jakobsson via Lund University


利用这些干细胞,研究人员专门培养了人类和黑猩猩的脑细胞,并对这两种细胞类型进行了比较。他们随后发现,在使用某一部分DNA时,人类和黑猩猩有着不同的使用方式,而这部分似乎在我们大脑的发育中起到了相当大的作用。他们识别出了一个KRAB-ZFP转录因子ZNF558,它只在人类的前脑神经组细胞中表达,而非黑猩猩的。


对于这种结果,研究人员感到非常意外,因为这是一种所谓的DNA结构变体,曾经被称为“垃圾DNA”,它们是一串长长的重复的DNA,构成了我们DNA的大部分,长期以来被认为不具有任何功能。


其实在此之前,研究人员一直试图在能够制造蛋白质的DNA部分中寻找能解答“人类的大脑和黑猩猩的大脑为何如此不同”的答案,这些能够制造蛋白质的基因只占我们整个DNA的2%。不仅如此,他们还检查了产生的蛋白质本身,以求发现差异所在。而新的发现表明,这样的差异并不存在于那些能编码蛋白质的基因中,而是存在于被标记为“垃圾DNA”的基因中。


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新的研究结果意味着,人类大脑进化的基础是遗传机制,而这种机制可能比科学家之前认为的要复杂得多,因为它颠覆了科学家以为的——答案就隐藏在那2%的遗传DNA中的传统观念。它让科学家意识到,对大脑发育具有重要意义的部分,可能隐藏在被忽视的98%中,而这被忽视的98%可能对我们非常重要。


研究人员表示,这样的发现令人惊叹。他们相信,未来,这些新的发现还可能帮助科学家从遗传学上回答与精神疾病有关的问题,比如精神分裂症——这种似乎是人类独有的疾病。但在达到这一点之前,我们还有很长的路要走,因为现在科学家的眼光可能不能仅聚焦在这百分之二的编码DNA中,而是要对整个DNA进行更深入的研究,这将会是一项相当复杂的研究任务。


#参考来源:

https://www.lunduniversity.lu.se/article/what-makes-us-human-answer-may-be-found-overlooked-dna

https://www.sciencedirect.com/science/article/pii/S1934590921003842?via%3Dihub


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