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

  • 走出家门 感受年味

  • 冬奥会|单板滑雪——男子坡面障碍技巧决赛:苏翊鸣夺冠

独家策划

推荐阅读
莱州中华武校第十次登上央视春晚舞台
2026-02-17 10:21
近日,一个名为Moltbook的社交平台突然走红。与普通网络平台不同的是,Moltbook上的用户都是AI智能体。
2026-02-14 09:21
全球规模最大的200万吨/年柴油吸附分离装置目前在中国石油广西石化稳定运行。
2026-02-14 09:16
大连理工大学赵珺教授带领师生团队正抓紧时间,为实现可重复使用运载火箭关键部件的“复用检测”技术突破全力冲刺。
2026-02-14 09:12
一场刷新人类对宇宙极端物理过程认知的高能事件,被中国科学卫星清晰捕获并成功解读。
2026-02-14 09:11
近日,中国计量科学研究院研制的锶原子光晶格钟NIM-Sr1正式获准校准国际标准时间,实现了我国光钟参与校准国际标准时间“零”的突破。
2026-02-14 09:10
装上智能仿生手,截肢患者可以轻松拿起水杯喝水;高位截瘫患者用意念移动电脑光标,操控轮椅,指挥机器狗取外卖……
2026-02-13 09:50
凌晨2时,南昌西动车组运用一所检修库内灯光如昼。“接触网已断电,安全措施准备完毕,申请登顶!”确认许可后,国铁南昌局电务段南昌西车载设备车间工长曹准与工友一前一后登上动车组车顶,对北斗天线进行全面“体检”。
2026-02-13 09:45
近日,广西涠洲岛海域发生渔船撞击布氏鲸事件,鲸鱼受伤的画面令人揪心。虽然撞鲸的并非观鲸船,但这起事件也给正处于旺季的观鲸游敲响警钟——负责任地观鲸,有边界地亲近,人与自然和谐共生图景才能真正长久。
2026-02-13 09:43
核光钟通过真空紫外激光诱导原子核跃迁,具备更高精度与强抗干扰能力,且可实现便携化应用。但研制核光钟的道路上的一个核心瓶颈,是无法研制出能激发核跃迁的连续波激光光源。
2026-02-13 09:42
2021年,王勤团队开始研发低成本、适用于牧场环境的马匹体形自动测定设备。王勤团队搜集了全球90个马群体、近40个品种的基因组信息,构建了包含2000多个个体的参考面板——这是目前全球规模最大的马基因组参考数据库。
2026-02-13 09:36
一纸锦旗山水间,杏林春暖绿意长。
2026-02-12 11:01
金星与地球大小相近,同样诞生于太阳系内侧,却有着截然不同的命运。
2026-02-12 09:41
科技部十司相关负责同志解读《调查处理规定》。
2026-02-12 09:38
《细胞》封面:猕猴屏状核细胞分类与全脑联接图谱。在当前脑图谱大科学计划研究目标迈进绘制非人灵长类介观脑图谱的关键阶段,中国科学家仍在进一步集聚全球力量,持续扩大“朋友圈”。
2026-02-12 09:25
据悉,在战略上,植物星球计划还将整体提升全球生物多样性保护和实现碳中和的生态能力,构建植物科学领域全球大科学命题国际合作的新格局。
2026-02-12 09:17
马年将至,作为一种兼具力量与速度的动物,马正受到格外的关注。
2026-02-12 09:12
工业和信息化部等五部门近日印发《关于加强信息通信业能力建设支撑低空基础设施发展的实施意见》。加强监管能力体系建设,规划无人机专用号段,推动“一机一码一号”能力建设,探索标识解析在无人机领域的应用,形成无人机通信资源精细化管理。
2026-02-11 09:25
全球森林逐渐被快生树木主导,而稳定生态系统的慢生树种正在消失。“我们关注的是极为独特的物种,它们主要集中在生物多样性丰富、生态系统联系紧密的热带和亚热带地区。“此外,在现在和未来受到干扰的地区,非本地物种可能会加剧对光、水和养分的竞争,从而使本地树木更难生存。
2026-02-11 09:32
中国科学院动物研究所研究员王红梅带领的“灵长类胚胎发育的规律解析与体外模拟团队”,用27年的接力攻坚,把灵长类早期胚胎发育这个看不见、摸不着的“黑匣子”,变成了清晰可见的“生命剧本”。
2026-02-11 09:32
加载更多