点击右上角微信好友

朋友圈

请使用浏览器分享功能进行分享

正在阅读:这种化合物帮助我们成为最聪明的动物
首页> 科技频道> 综合新闻 > 正文

这种化合物帮助我们成为最聪明的动物

来源:科技日报2021-10-27 10:04

调查问题加载中,请稍候。
若长时间无响应,请刷新本页面

  人类拥有远超其它动物的智力和创造力,这背后的原因,是人类拥有极其强健的大脑。如果我们更细致地深入到人的各个脑区,会发现人类智力和创造力的一个重要来源是前额皮质以及其与其他脑区之间的联系与合作。

  决定你为何是“你”的脑区

  前额皮质位于整个大脑额叶的前端。它能按照人内在的意愿,调控人的思想和行为。科学家认为这个脑区与每个人的生存意愿、个性表达密切相关。

  一个较为经典的案例,或许能让我们一窥前额皮质对人类的影响。在一次工程事故中,一根粗铁棍破坏了一位铁路建筑工头大部分的前额皮质。事故之后,原本受人尊敬、与人为善的他突然变得易怒、冲动,无法再与人交流。事实上,这种案例并不罕见,科学家还发现自闭症和精神分裂症等疾病,也和前额皮质异常密切相关。

  人类之外,猕猴、小鼠等多种动物都拥有这个脑区。但相比之下,人的前额皮质更大,神经元更多,且其中存在其它动物并不具有的功能区域。这些特征能反映出人脑的优越性,但从演化的角度来讲,人类和其它动物曾站在相同的起点,造成这些现象的更底层改变究竟是什么?

  为了揭开其中的秘密,寻找治疗精神性疾病的方法,耶鲁大学的科学家在2篇发表于《自然》的论文中,尝试将人脑发育的时间拨回前额皮质即将出现的那一刻——妊娠中期,揭示了这个让人类智力走上动物界顶端,又让人类迷失的脑区发育的秘密。

  维甲酸的关键作用

  在人类胚胎发育4—5个月后,大脑前额皮质中的第一个神经束开始出现,随后神经元开始迅速大量形成,构成完整的前额皮质。研究人员基于已有的脑细胞图谱数据,发现无论是在人、猕猴还是小鼠胚胎中,化合物维甲酸在神经元的形成中具有关键的调控作用。维甲酸是维生素A在人体内的一种代谢产物。此前的研究证实,这种化合物在细胞的增殖、分化和器官形成中具有关键作用。

  他们发现在这一时期的人脑中,至少有5个基因会受到维甲酸的调控,其中一种是促进神经突触形成和功能实现的基因CBLN2。他们通过对人和猕猴的新皮质(包含前额皮质)进行RNA测序,发现在人和猕猴的前额皮质中,CBLN2的表达水平分别是其他脑区的1.9倍和2倍。此外,一些和CBLN2类似的、同样促进神经元发育的基因,在前额皮质中也具有更高的表达水平。

  但奇怪的是,从人脑前额皮质的表层到更深区域,维甲酸的浓度会呈现一种逐步、较平缓的下降模式,即CBLN2基因的表达水平从外向里逐渐降低,但在前额皮质最深层的区域,仍具有较高的表达水平。猕猴前额皮质表层的维甲酸浓度明显低于人类,而在小鼠中,CBLN2基因几乎只会在前额皮质表层表达。研究人员意识到,这似乎正是人脑的智力区别于其它动物的关键。

  这个现象出现的一个主要原因是各种动物采用了不同的基因调控方式。在生物体内,细胞都会通过一定的机制来精确控制基因的表达。这样细胞才能既保证实现功能,又最大限度地节省资源和能量。

  在另一篇发表于《自然》的研究中,他们发现人和其它动物在表达CBLN2基因时,存在一个细微但影响巨大的差异。例如,在小鼠中,CBLN2基因的表达会受到一些称作增强子的DNA序列调控,这些增强子能分别与一些蛋白质或分子结合。当增强子单独结合维甲酸时,就能增强基因表达,但同时结合SOX5蛋白和维甲酸时,基因的表达就会被抑制。而在人体内,增强子中结合SOX5蛋白的序列直接丢失了,只能与维甲酸结合,这也意味着在人的前额皮质中CBLN2基因表达要么不表达,要么表达水平很高。

  在人类和智力水平较高的黑猩猩体内,CBLN2的表达没有被SOX5抑制,而大猩猩和猕猴中该基因的表达却被适当抑制了。在小鼠体内,它们拥有更多SOX5的结合位点,基因的表达会被强烈抑制。这个微小的改变带来了关键的影响,直接导致了人的前额皮质在发育过程中,神经元上形成了更多的树突棘。这使得在胚胎发育后期和成年时期,前额皮质中具有更多的突触结构,神经元的联系更密切。

  他们还发现如果将人类版本的CBLN2等基因序列,导入小鼠的神经元中,这些小鼠的神经元确实会比正常小鼠形成更多的树突棘,且前额皮质中的深层脑区的发育以及其他脑区的连接,显示出与人和其它灵长类脑发育过程相似的特征。

  第一块多米诺骨牌

  在胚胎成为一个特定的人的起点——胚胎发育中期,化合物维甲酸推倒了前额皮质发育的第一块多米诺骨牌。接着,CBLN2基因开始大量表达,神经元上形成很多的树突棘。树突棘又促使了连接不同神经元的神经突触的形成,形成了若干能参与记忆、与其他脑区建立连接的神经环路。当前额皮质发育完全时,维甲酸也就被相关的酶降解了。

  虽然还无法确认是否还有基因影响了这个脑区的发育,但可以肯定的是维甲酸在前额皮质的发育过程中极其关键。不过,这项研究也留下了一些疑问:在什么时期,灵长动物的大脑发生了这样的改变?而这个改变又是怎么机缘巧合地,作为一个有益突变保留了下来?

  我们或许可以猜测,最早拥有这个基因突变的“它”是一个原始种群里最有目标、最聪明的一个,但由于这样的大脑更加耗能,它时常会比种群中的其它动物更容易感到饥饿。但最终它的基因流传了下来,且意外地赋予了它每个后代独特的特征。(Clefable 据《环球科学》)

[ 责编:赵宇豪 ]
阅读剩余全文(

相关阅读

您此时的心情

光明云投
新闻表情排行 /
  • 开心
     
    0
  • 难过
     
    0
  • 点赞
     
    0
  • 飘过
     
    0

视觉焦点

  • 中国“雪鹰601”飞机翱翔南极

  • 中国“赫哲族伊玛堪”转入人类非遗代表作名录

独家策划

推荐阅读
新华社北京12月12日电 由中央网信办主办的2025中国正能量网络精品征集展播活动12日启动。
2025-12-12 13:08
记者11日从中国科学院微小卫星创新研究院(以下简称“卫星创新院”)获悉,轻舟货运飞船初样件已完成多项关键技术验证,进入整体测试阶段。
2025-12-12 09:55
近日,中国石油大庆古龙陆相页岩油国家级示范区年产量突破100万吨,实现页岩油规模化效益开采。
2025-12-12 09:50
2026年1月1日起,我国将禁止生产含汞体温计和含汞血压计。
2025-12-12 09:48
11日,中国科学院紫金山天文台“银河画卷”(MWISP)巡天计划(以下简称“巡天计划”)正式向全球公开首批毫米波分子谱线观测数据。
2025-12-12 09:47
截至12月9日24时,哈密—重庆±800千伏特高压直流输电工程(以下简称“疆电入渝”工程)自今年6月10日投运以来,累计外送电量已达101.2亿千瓦时。
2025-12-12 09:45
加快培育壮大数据产业,以区域协同数智化发展带动数据产业集群、数字产业集群做大做强。以兼顾标准互认、质量保障和安全可信的制度体系,护航数据产品服务流通交易、变现增值。数字经济具有数据资源依赖度高、技术知识人才密集、高融合渗透性及行业覆盖面广等特点。
2025-12-11 10:16
光明日报西宁12月10日电 记者万玛加、王雯静日前从国网青海省电力公司获悉,青海电力交易中心与北京电力交易中心、吉林电力交易中心“三网”联动,共同达成跨省跨区中长期外送电力交易,交易电量自12月8日起执行至31日止,累计交易电量1876万千瓦时。
2025-12-11 10:15
2020年12月,科技部在苏州高新区等13家国家高新区启动首批试点,探索实施“创新积分制”,对企业创新能力进行量化评价,引导金融机构精准支持科技创新。联动实施“创新积分制”和科技创新专项担保计划,累计向21家银行推荐超过17万家科技型中小企业,签订贷款合同超2900亿元……
2025-12-11 10:15
2025年12月10日12时03分,中科宇航力箭一号遥十一运载火箭在东风商业航天创新试验区发射,将9颗卫星精准送入预定轨道,发射任务取得圆满成功。此次发射的卫星中,阿联酋813卫星是由上海微小卫星工程中心承研的高光谱地球观测卫星,搭载高光谱相机、全色相机及大气偏振校正仪等主载荷。
2025-12-11 10:05
12月9日,记者从中国科协获悉,中国科协生命科学学会联合体(以下简称“联合体”)发布了2025年度“中国生命科学十大进展”,6个知识创新类和4个技术创新类项目成果入选。
2025-12-11 10:02
“向精准要价值”,是一场从技术导向到需求导向的深刻转型。
2025-12-10 14:00
近十几年来,罗二仓团队聚焦采用环保工质,如氦气、氩气、氮气等绿色工质的热声斯特林技术,研发具有广阔应用前景的新一代热泵技术。
2025-12-10 09:39
中国科学院生物物理研究所徐涛院士课题组与纪伟研究员课题组研制出三维干涉定位显微镜(ROSE-3D),首次在单分子定位成像领域,实现了基于相机的纳米尺度三维各向同性分辨率。
2025-12-10 09:38
“细胞壁是质膜外具有一定硬度和弹性的细胞结构,广泛存在于植物、细菌和真菌中。随着研究逐渐深入,团队发现,在植物茎顶端干细胞区域,细胞壁的主要成分果胶呈现独特的“二元分布”模式。
2025-12-10 09:37
指令长张陆时隔两年半再度漫步太空,航天员武飞成为我国目前执行出舱任务最年轻的航天员。
2025-12-10 09:35
我国首个国家级陆相页岩油示范区——新疆吉木萨尔国家级陆相页岩油示范区9日完成年度170万吨原油生产任务,这一成果标志着国家级示范工程建设任务全面完成。
2025-12-10 09:34
一些不法商家钻监管漏洞,推出所谓“智驾神器”规避车辆安全监控,不仅严重威胁道路交通安全,更触碰了法律红线,扰乱了新能源汽车产业的健康发展秩序。
2025-12-09 10:11
一项新研究揭示了这些天体表面下可能发生的活动,为了解其多样地质特征的形成机制提供了线索。相关研究成果近日发表于《自然-天文学》。
2025-12-09 10:02
实验结果显示,将化合物注射给抑郁模型小鼠后,仅1小时便可观察到显著的抗抑郁效果,且无明显副作用。
2025-12-09 10:01
加载更多