Ученые раскрыли уникальные особенности мозга неандертальцев. Мозг неандертальцев
Живые «мини-мозги» неандертальцев расскажут, что делает наш мозг особенным (1 фото) — FotoJoin
В его планах нет полного восстановления мозга неандертальца в чане — скорее, он хочет использовать редактирование генов, чтобы дать человеческим стволовым клеткам несколько вариантов генов, обнаруженных у неандертальцев. Эти отредактированные стволовые клетки затем помещаются в небольшие ячейки мозга, имитирующие развитие мозга у плода, в комплекте с их собственными кровеносными сосудами, нейронными сетями и функционирующими синапсами.
Сравнивая рост неандертализированных мини-мозгов с мозгом человека, Паабо надеется выделить генетические факторы, которые делают нас такими особенными.
«Неандертальцы были разумными, как и другие млекопитающие. Они не выходили в океан, если не видели другого берега», говорит Паабо. «Но для меня самый большой вопрос в истории человечества звучит так: почему мы-то стали настолько отчаянными?».
Революция ДНК
Палеонтологи давно задавались вопросом, как эволюция слепила наши удивительные мозги. Сравнивая нашу генетику с генетикой наших ближайших родственников-обезьян, генетики кропотливо выделили горстку критически разных генов. Например, небольшие мутации в FOXP2, по-видимому, лежат в основе нашей способность формировать сложные фонемы и слова. Некоторые даже считают, что FOXP2 — это ключевое биологическое преимущество, которое дарит нам наш богатый, насыщенный язык.
К сожалению, сравнение геномов может только выявить гены, которые отличаются у людей и обезьян — а вот как эти гены сформировали наше развитие мозга, этот вопрос остается без ответа.
«Раньше мы просто ограничивались просмотром данных секвенирования и каталогизацией различий у других приматов», сетует нейрогенетик Саймон Фишер, руководящий Институтом психолингвистики Макса Планка в Неймегене, Нидерланды. «Мы слегка разочаровались, работая столько лет с традиционными инструментами».
Теперь, благодаря удивительным технологиям ДНК, все должно измениться.
Примерно тридцать лет назад Паабо начал серьезно рассматривать радикальную идею: можно ли извлечь ДНК из мертвой ткани? Хотя ДНК относительно стабильна по сравнению с другими биомолекуламии, такими как белки, она начинает быстро распадаться после смерти. Знаменитая двойная спираль, тщательно смотанная природой в компактные структуры, с течением времени разбивается на все более короткие фрагменты. Собрать эти фрагменты обратно в единые структуры оказывается чрезвычайно сложной задачей, но в 1985 году, используя останки 2400-летней мумии, Паабо убедительно показал, что это можно осуществить.
Это открытие широко распахнуло двери палеонтологии. Ученые перестали быть связанными традиционной ДНК современных, живых видов; у них появился мощный инструмент, позволяющий вернуться назад во времени и изучить ДНК, потерянную в истории.
Ослепленный этим первоначальным успехом, Паабо обратился к неандертальцам, таинственной ветви людей, вымерших более 30 000 лет назад. В 2016 году он опубликовал первый полный геном неандертальца, шокировав ученых и публику интригующим результатом: от 1 до 6 процентов генов неандертальцев присутствовали у людей из Европы, с Ближнего Востока и Дальнего Востока. Другими словами, в какой-то момент древней истории наши предки танцевали горизонтальное танго со своими неандертальскими кузенами, а мы — прямое наследие этих танцев.
«Неандертальцы оставили след в ДНК живущих сегодня людей. Это очень круто. Неандертальцы не вымерли полностью», говорил Паабо в то время.
Его открытие привело к более широкому вопросу: в какой степени неандертальцы нам родственники? Как и современные люди, эти гоминиды с широкой челюстью и выпуклой надбровной дугой жили в пещерах и рисовали на стенах, создавали головные уборы и украшали свои тела цветами задолго до того, как нога современных людей ступила по Европе. Однако они вымерли, а люди достигли миллиардной численности и разбежались по всему земному шару.
Сравнивая наши геномы, группа Паабо определила несколько регионов, содержащих вариации ДНК — изменения, которые могли бы помочь людям адаптироваться.
Он выделил ДНК из египетских мумий. Он открыл денисовских людей, вымерший вид древнего человека, секвенировав ДНК из крошечного фрагмента кости. Он руководил большим исследованием по восстановлению генома неандертальца — и нашел следы их генов, которые до сих пор прячутся в некоторых из нас сегодня. Теперь шведский генетик доктор Сванте Паабо снова хочет перевернуть палеонтологию вверх дном — в этот раз он планирует вырастить стволовые клетки неандертальцев в крошечных органоидах мозга в пробирке.
В его планах нет полного восстановления мозга неандертальца в чане — скорее, он хочет использовать редактирование генов, чтобы дать человеческим стволовым клеткам несколько вариантов генов, обнаруженных у неандертальцев. Эти отредактированные стволовые клетки затем помещаются в небольшие ячейки мозга, имитирующие развитие мозга у плода, в комплекте с их собственными кровеносными сосудами, нейронными сетями и функционирующими синапсами.
Сравнивая рост неандертализированных мини-мозгов с мозгом человека, Паабо надеется выделить генетические факторы, которые делают нас такими особенными.
«Неандертальцы были разумными, как и другие млекопитающие. Они не выходили в океан, если не видели другого берега», говорит Паабо. «Но для меня самый большой вопрос в истории человечества звучит так: почему мы-то стали настолько отчаянными?».
Революция ДНК
Палеонтологи давно задавались вопросом, как эволюция слепила наши удивительные мозги. Сравнивая нашу генетику с генетикой наших ближайших родственников-обезьян, генетики кропотливо выделили горстку критически разных генов. Например, небольшие мутации в FOXP2, по-видимому, лежат в основе нашей способность формировать сложные фонемы и слова. Некоторые даже считают, что FOXP2 — это ключевое биологическое преимущество, которое дарит нам наш богатый, насыщенный язык.
К сожалению, сравнение геномов может только выявить гены, которые отличаются у людей и обезьян — а вот как эти гены сформировали наше развитие мозга, этот вопрос остается без ответа.
«Раньше мы просто ограничивались просмотром данных секвенирования и каталогизацией различий у других приматов», сетует нейрогенетик Саймон Фишер, руководящий Институтом психолингвистики Макса Планка в Неймегене, Нидерланды. «Мы слегка разочаровались, работая столько лет с традиционными инструментами».
Теперь, благодаря удивительным технологиям ДНК, все должно измениться.
Примерно тридцать лет назад Паабо начал серьезно рассматривать радикальную идею: можно ли извлечь ДНК из мертвой ткани? Хотя ДНК относительно стабильна по сравнению с другими биомолекуламии, такими как белки, она начинает быстро распадаться после смерти. Знаменитая двойная спираль, тщательно смотанная природой в компактные структуры, с течением времени разбивается на все более короткие фрагменты. Собрать эти фрагменты обратно в единые структуры оказывается чрезвычайно сложной задачей, но в 1985 году, используя останки 2400-летней мумии, Паабо убедительно показал, что это можно осуществить.
Это открытие широко распахнуло двери палеонтологии. Ученые перестали быть связанными традиционной ДНК современных, живых видов; у них появился мощный инструмент, позволяющий вернуться назад во времени и изучить ДНК, потерянную в истории.
Ослепленный этим первоначальным успехом, Паабо обратился к неандертальцам, таинственной ветви людей, вымерших более 30 000 лет назад. В 2016 году он опубликовал первый полный геном неандертальца, шокировав ученых и публику интригующим результатом: от 1 до 6 процентов генов неандертальцев присутствовали у людей из Европы, с Ближнего Востока и Дальнего Востока. Другими словами, в какой-то момент древней истории наши предки танцевали горизонтальное танго со своими неандертальскими кузенами, а мы — прямое наследие этих танцев.
«Неандертальцы оставили след в ДНК живущих сегодня людей. Это очень круто. Неандертальцы не вымерли полностью», говорил Паабо в то время.
Его открытие привело к более широкому вопросу: в какой степени неандертальцы нам родственники? Как и современные люди, эти гоминиды с широкой челюстью и выпуклой надбровной дугой жили в пещерах и рисовали на стенах, создавали головные уборы и украшали свои тела цветами задолго до того, как нога современных людей ступила по Европе. Однако они вымерли, а люди достигли миллиардной численности и разбежались по всему земному шару.
Сравнивая наши геномы, группа Паабо определила несколько регионов, содержащих вариации ДНК — изменения, которые могли бы помочь людям адаптироваться. Среди них — геномные области, которые играют роль в когнитивном развитии.
Хотя наши дико разные судьбы могут быть и не совсем связаны с различиями в познании, Паабо считает, что с этого места было бы неплохо начать. И благодаря органоидам мозга теперь он может проверить свою идею.
Мозговые шарики
Органоиды мозга называют по-разному: церебральные сферы, мини-мозги, церебральные органоиды. Впервые придуманные в 2013 году, эти причудливые шарики или капли мозга выглядят весьма жутковато. Но поскольку их рост отражает развитие человеческого эмбрионального мозга, эти шарики быстро стали любимой игрушкой нейробиологов.
Рецепты изготовления мозговых органоидов бывают самые разные, но обычно их делают из стволовых клеток человека. Под тщательным наблюдением клетки медленно развиваются в деформированные куски ткани мозга при помощи химического супа. Подобно реальному человеческому мозгу, большинство капель содержат структуру, похожую на кору головного мозга, морщинистый внешний слой мозга, который организует когнитивные функции высшего уровня, такие как внимание, язык и мысль.
По прошествии достаточного количества времени, нейроны внутри мозговых шариков наливаются электрической активностью и подключаются к нейронным сетям, причем некоторые соединения протягиваются через весь органоид. Эти мозговые капли не являются «мини-мозгами» в том смысле, что могут думать или чувствовать, нет. Но тщательный анализ их клеточного состава и экспрессии генов показал набор функциональных нейронных типов, совокупная работа которых напоминает мозг эмбриона второго триместра.
Иными словами, мозговые шарики — идеальные кандидаты для изучения развития мозга. С момента своего создания они использовались для имитации аутизма, шизофрении и изучения влияния вируса Зика на мозг плода.
А теперь, благодаря Паабо, они найдут применение в палеонтологии.
Возрождение неандертальцев
Чтобы восстановить весь неандертальский геном, ученым пришлось бы изменить миллион генов. Эта амбициозная цель в настоящее время невозможна даже при использовании сложных инструментов редактирования генома, таких как CRISPR.
Вместо грубого редактирования всех неандертальских вариантов в человеческие стволовые клетки, Паабо использует более тонкий подход: вводит только три ключевых гена, которые отличаются у людей и неандертальцев, а затем отслеживает влияние этих генов на развитие мозга.
Это проверенный метод.
Несколько лет назад, работая с Виландом Хаттнером, нейробиологом Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка, команда вырастила мозговые органоиды, использовав лейкоциты человека и других приматов. Капли мозга развивались несколько недель, позволяя ученым сравнивать и сопоставлять, как отличается рост клеток у разных видов. Используя живую микроскопию, ученые обнаружили, что клетки человека становятся в полтора раза длиннее, чем обезьян, чтобы выстроить свои хромосомы перед разделением на дочерние клетки. И это удлинение каким-то образом помогает людям генерировать намного больше нейронных стволовых клеток, чем нашим ближайшим родственникам среди приматов.
Паабо надеется найти больше подобных ярких отличий у неандертальских мини-мозгов, поскольку они могли бы объяснить, почему современные люди победили как вид.
«Лучшим результатом было бы то, что генетические изменения приводят к более продолжительному или более разветвленному росту нейронов», говорит он. «Можно было бы сказать, что это биологическая основа для того, почему наш мозг функционирует иначе».
В конце концов, это только начало изучения человеческой уникальности, которое стало возможно только сейчас.
Вконтакте
Facebook
Twitter
Google+
Pinterest
LiveJournal
Одноклассники
Мой мир
fotojoin.ru
Живые «мини-мозги» неандертальцев расскажут, что делает наш мозг особенным
Он выделил ДНК из египетских мумий. Он открыл денисовских людей, вымерший вид древнего человека, секвенировав ДНК из крошечного фрагмента кости. Он руководил большим исследованием по восстановлению генома неандертальца — и нашел следы их генов, которые до сих пор прячутся в некоторых из нас сегодня. Теперь шведский генетик доктор Сванте Паабо снова хочет перевернуть палеонтологию вверх дном — в этот раз он планирует вырастить стволовые клетки неандертальцев в крошечных органоидах мозга в пробирке.
В его планах нет полного восстановления мозга неандертальца в чане — скорее, он хочет использовать редактирование генов, чтобы дать человеческим стволовым клеткам несколько вариантов генов, обнаруженных у неандертальцев. Эти отредактированные стволовые клетки затем помещаются в небольшие ячейки мозга, имитирующие развитие мозга у плода, в комплекте с их собственными кровеносными сосудами, нейронными сетями и функционирующими синапсами.
Сравнивая рост неандертализированных мини-мозгов с мозгом человека, Паабо надеется выделить генетические факторы, которые делают нас такими особенными.
«Неандертальцы были разумными, как и другие млекопитающие. Они не выходили в океан, если не видели другого берега», говорит Паабо. «Но для меня самый большой вопрос в истории человечества звучит так: почему мы-то стали настолько отчаянными?».
Революция ДНК
Палеонтологи давно задавались вопросом, как эволюция слепила наши удивительные мозги. Сравнивая нашу генетику с генетикой наших ближайших родственников-обезьян, генетики кропотливо выделили горстку критически разных генов. Например, небольшие мутации в FOXP2, по-видимому, лежат в основе нашей способность формировать сложные фонемы и слова. Некоторые даже считают, что FOXP2 — это ключевое биологическое преимущество, которое дарит нам наш богатый, насыщенный язык.
К сожалению, сравнение геномов может только выявить гены, которые отличаются у людей и обезьян — а вот как эти гены сформировали наше развитие мозга, этот вопрос остается без ответа.
«Раньше мы просто ограничивались просмотром данных секвенирования и каталогизацией различий у других приматов», сетует нейрогенетик Саймон Фишер, руководящий Институтом психолингвистики Макса Планка в Неймегене, Нидерланды. «Мы слегка разочаровались, работая столько лет с традиционными инструментами».
Теперь, благодаря удивительным технологиям ДНК, все должно измениться.
Примерно тридцать лет назад Паабо начал серьезно рассматривать радикальную идею: можно ли извлечь ДНК из мертвой ткани? Хотя ДНК относительно стабильна по сравнению с другими биомолекуламии, такими как белки, она начинает быстро распадаться после смерти. Знаменитая двойная спираль, тщательно смотанная природой в компактные структуры, с течением времени разбивается на все более короткие фрагменты. Собрать эти фрагменты обратно в единые структуры оказывается чрезвычайно сложной задачей, но в 1985 году, используя останки 2400-летней мумии, Паабо убедительно показал, что это можно осуществить.
Это открытие широко распахнуло двери палеонтологии. Ученые перестали быть связанными традиционной ДНК современных, живых видов; у них появился мощный инструмент, позволяющий вернуться назад во времени и изучить ДНК, потерянную в истории.
Ослепленный этим первоначальным успехом, Паабо обратился к неандертальцам, таинственной ветви людей, вымерших более 30 000 лет назад. В 2016 году он опубликовал первый полный геном неандертальца, шокировав ученых и публику интригующим результатом: от 1 до 6 процентов генов неандертальцев присутствовали у людей из Европы, с Ближнего Востока и Дальнего Востока. Другими словами, в какой-то момент древней истории наши предки танцевали горизонтальное танго со своими неандертальскими кузенами, а мы — прямое наследие этих танцев.
«Неандертальцы оставили след в ДНК живущих сегодня людей. Это очень круто. Неандертальцы не вымерли полностью», говорил Паабо в то время.
Его открытие привело к более широкому вопросу: в какой степени неандертальцы нам родственники? Как и современные люди, эти гоминиды с широкой челюстью и выпуклой надбровной дугой жили в пещерах и рисовали на стенах, создавали головные уборы и украшали свои тела цветами задолго до того, как нога современных людей ступила по Европе. Однако они вымерли, а люди достигли миллиардной численности и разбежались по всему земному шару.
Сравнивая наши геномы, группа Паабо определила несколько регионов, содержащих вариации ДНК — изменения, которые могли бы помочь людям адаптироваться. Среди них — геномные области, которые играют роль в когнитивном развитии.
Хотя наши дико разные судьбы могут быть и не совсем связаны с различиями в познании, Паабо считает, что с этого места было бы неплохо начать. И благодаря органоидам мозга теперь он может проверить свою идею.
Мозговые шарики
Органоиды мозга называют по-разному: церебральные сферы, мини-мозги, церебральные органоиды. Впервые придуманные в 2013 году, эти причудливые шарики или капли мозга выглядят весьма жутковато. Но поскольку их рост отражает развитие человеческого эмбрионального мозга, эти шарики быстро стали любимой игрушкой нейробиологов.
Рецепты изготовления мозговых органоидов бывают самые разные, но обычно их делают из стволовых клеток человека. Под тщательным наблюдением клетки медленно развиваются в деформированные куски ткани мозга при помощи химического супа. Подобно реальному человеческому мозгу, большинство капель содержат структуру, похожую на кору головного мозга, морщинистый внешний слой мозга, который организует когнитивные функции высшего уровня, такие как внимание, язык и мысль.
По прошествии достаточного количества времени, нейроны внутри мозговых шариков наливаются электрической активностью и подключаются к нейронным сетям, причем некоторые соединения протягиваются через весь органоид. Эти мозговые капли не являются «мини-мозгами» в том смысле, что могут думать или чувствовать, нет. Но тщательный анализ их клеточного состава и экспрессии генов показал набор функциональных нейронных типов, совокупная работа которых напоминает мозг эмбриона второго триместра.
Иными словами, мозговые шарики — идеальные кандидаты для изучения развития мозга. С момента своего создания они использовались для имитации аутизма, шизофрении и изучения влияния вируса Зика на мозг плода.
А теперь, благодаря Паабо, они найдут применение в палеонтологии.
Возрождение неандертальцев
Чтобы восстановить весь неандертальский геном, ученым пришлось бы изменить миллион генов. Эта амбициозная цель в настоящее время невозможна даже при использовании сложных инструментов редактирования генома, таких как CRISPR.
Вместо грубого редактирования всех неандертальских вариантов в человеческие стволовые клетки, Паабо использует более тонкий подход: вводит только три ключевых гена, которые отличаются у людей и неандертальцев, а затем отслеживает влияние этих генов на развитие мозга.
Это проверенный метод.
Несколько лет назад, работая с Виландом Хаттнером, нейробиологом Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка, команда вырастила мозговые органоиды, использовав лейкоциты человека и других приматов. Капли мозга развивались несколько недель, позволяя ученым сравнивать и сопоставлять, как отличается рост клеток у разных видов. Используя живую микроскопию, ученые обнаружили, что клетки человека становятся в полтора раза длиннее, чем обезьян, чтобы выстроить свои хромосомы перед разделением на дочерние клетки. И это удлинение каким-то образом помогает людям генерировать намного больше нейронных стволовых клеток, чем нашим ближайшим родственникам среди приматов.
Паабо надеется найти больше подобных ярких отличий у неандертальских мини-мозгов, поскольку они могли бы объяснить, почему современные люди победили как вид.
«Лучшим результатом было бы то, что генетические изменения приводят к более продолжительному или более разветвленному росту нейронов», говорит он. «Можно было бы сказать, что это биологическая основа для того, почему наш мозг функционирует иначе».
В конце концов, это только начало изучения человеческой уникальности, которое стало возможно только сейчас.
hinews.mediasole.ru
Ученые раскрыли уникальные особенности мозга неандертальцев
Фото: Getty ImagesМозг неандертальцев имел несколько уникальных черт.
Мозг неандертальцев был не меньше, чем у кроманьонцев, но при этом имел относительно небольшие отделы мозжечка, связанные с речью и социальной жизнью, что могло быть причиной их вымирания, заявляют антропологи в статье, опубликованной в журнале Scientific Reports, передает ria.ru.
«Мы показали, что мозжечок у неандертальцев были чуть меньше, чем у кроманьонцев, особенно с правой стороны. Как правило, чем больше мозжечок у человека, тем лучше развиты его когнитивные способности и социальные навыки, в том числе умение говорить. Эти небольшие различия могли сыграть решающую роль в вымирании неандертальцев», — пишут Такеру Акадзава (Takeru Akazawa) из Технологического университета Коти (Япония) и его коллеги.
На сегодняшний день существует несколько предположительных дат вымирания первых аборигенов Европы — 50, 45 или даже 30 тысяч лет назад. Сторонники поздних дат вымирания неандертальцев полагают, что в их исчезновении были замешаны наши предки, которые выиграли конкурентную борьбу благодаря более совершенным орудиям труда, культуре, членораздельной речи или же большей «всеядности».
В последние годы был совершен целый ряд открытий, который показал, что неандертальцы, скорее всего, умели говорить и не уступали кроманьонцам в умении изготовлять каменные рубила, копья и костяные инструменты, что заставляет многих антропологов сомневаться в этих теориях.
Относительно недавно ученые обнаружили, что мозг неандертальцев развивался не так, как растет нервная система современных людей. Акадзава и его коллеги предположили, что мозг неандертальцев, несмотря на схожий объем, мог быть устроен совершенно те так, как у кроманьонцев. Они проверили эту идею, создав «усредненную» модель мозга человека и сравнив ее со слепками черепной коробки Homo neanderthalensis.
Для этого ученые собрали группу из тысячи добровольцев, просветили их мозг при помощи МРТ и затем провели аналогичную процедуру с двумя дюжинами черепов неандертальцев, найденных во Франции, Бельгии и других странах Европы в последние годы.
Получив эти снимки, ученые объединили их при помощи компьютерных программ и вычислили типичный объем всего мозга в целом, а также отдельных его регионов, в том числе коры, больших полушарий и мозжечка. Эти же данные помогли ученым понять, как различия в размерах разных частей мозга влияют на умственные способности, умение говорить, глубину памяти и прочие способности людей.
Как оказалось, мозг неандертальцев имел несколько уникальных черт, которые делали их непохожими на наших предков. Во-первых, большие полушария у них были чуть больше, чем у кроманьонцев, а их задние и боковые отделы имели несколько другую структуру. Во-вторых, их мозжечок был заметно меньше, чем у современных людей, особенно его правая половина, связанная с речью и общением.
Все это, как считают японские антропологи, говорит о том, что наши предки имели чуть более высокий уровень интеллекта, лучше говорили и больше общались друг с другом, чем неандертальцы. Подобные небольшие различия, по мнению авторов статьи, могут объяснять то, как нашим предкам удалось победить в конкурентной борьбе с первыми аборигенами Европы.
Источник
tip.by
Живые «мини-мозги» неандертальцев расскажут, что делает наш мозг особенным — Альтернативный взгляд Salik.biz
Он выделил ДНК из египетских мумий. Он открыл денисовских людей, вымерший вид древнего человека, секвенировав ДНК из крошечного фрагмента кости. Он руководил большим исследованием по восстановлению генома неандертальца — и нашел следы их генов, которые до сих пор прячутся в некоторых из нас сегодня. Теперь шведский генетик доктор Сванте Паабо снова хочет перевернуть палеонтологию вверх дном — в этот раз он планирует вырастить стволовые клетки неандертальцев в крошечных органоидах мозга в пробирке.
В его планах нет полного восстановления мозга неандертальца в чане — скорее, он хочет использовать редактирование генов, чтобы дать человеческим стволовым клеткам несколько вариантов генов, обнаруженных у неандертальцев. Эти отредактированные стволовые клетки затем помещаются в небольшие ячейки мозга, имитирующие развитие мозга у плода, в комплекте с их собственными кровеносными сосудами, нейронными сетями и функционирующими синапсами.
Сравнивая рост неандертализированных мини-мозгов с мозгом человека, Паабо надеется выделить генетические факторы, которые делают нас такими особенными.
«Неандертальцы были разумными, как и другие млекопитающие. Они не выходили в океан, если не видели другого берега», говорит Паабо. «Но для меня самый большой вопрос в истории человечества звучит так: почему мы-то стали настолько отчаянными?».
Революция ДНК
Палеонтологи давно задавались вопросом, как эволюция слепила наши удивительные мозги. Сравнивая нашу генетику с генетикой наших ближайших родственников-обезьян, генетики кропотливо выделили горстку критически разных генов. Например, небольшие мутации в FOXP2, по-видимому, лежат в основе нашей способность формировать сложные фонемы и слова. Некоторые даже считают, что FOXP2 — это ключевое биологическое преимущество, которое дарит нам наш богатый, насыщенный язык.
К сожалению, сравнение геномов может только выявить гены, которые отличаются у людей и обезьян — а вот как эти гены сформировали наше развитие мозга, этот вопрос остается без ответа.
«Раньше мы просто ограничивались просмотром данных секвенирования и каталогизацией различий у других приматов», сетует нейрогенетик Саймон Фишер, руководящий Институтом психолингвистики Макса Планка в Неймегене, Нидерланды. «Мы слегка разочаровались, работая столько лет с традиционными инструментами».
Теперь, благодаря удивительным технологиям ДНК, все должно измениться.
Примерно тридцать лет назад Паабо начал серьезно рассматривать радикальную идею: можно ли извлечь ДНК из мертвой ткани? Хотя ДНК относительно стабильна по сравнению с другими биомолекуламии, такими как белки, она начинает быстро распадаться после смерти. Знаменитая двойная спираль, тщательно смотанная природой в компактные структуры, с течением времени разбивается на все более короткие фрагменты. Собрать эти фрагменты обратно в единые структуры оказывается чрезвычайно сложной задачей, но в 1985 году, используя останки 2400-летней мумии, Паабо убедительно показал, что это можно осуществить.
Это открытие широко распахнуло двери палеонтологии. Ученые перестали быть связанными традиционной ДНК современных, живых видов; у них появился мощный инструмент, позволяющий вернуться назад во времени и изучить ДНК, потерянную в истории.
Ослепленный этим первоначальным успехом, Паабо обратился к неандертальцам, таинственной ветви людей, вымерших более 30 000 лет назад. В 2016 году он опубликовал первый полный геном неандертальца, шокировав ученых и публику интригующим результатом: от 1 до 6 процентов генов неандертальцев присутствовали у людей из Европы, с Ближнего Востока и Дальнего Востока. Другими словами, в какой-то момент древней истории наши предки танцевали горизонтальное танго со своими неандертальскими кузенами, а мы — прямое наследие этих танцев.
«Неандертальцы оставили след в ДНК живущих сегодня людей. Это очень круто. Неандертальцы не вымерли полностью», говорил Паабо в то время.
Его открытие привело к более широкому вопросу: в какой степени неандертальцы нам родственники? Как и современные люди, эти гоминиды с широкой челюстью и выпуклой надбровной дугой жили в пещерах и рисовали на стенах, создавали головные уборы и украшали свои тела цветами задолго до того, как нога современных людей ступила по Европе. Однако они вымерли, а люди достигли миллиардной численности и разбежались по всему земному шару.
Сравнивая наши геномы, группа Паабо определила несколько регионов, содержащих вариации ДНК — изменения, которые могли бы помочь людям адаптироваться. Среди них — геномные области, которые играют роль в когнитивном развитии.
Хотя наши дико разные судьбы могут быть и не совсем связаны с различиями в познании, Паабо считает, что с этого места было бы неплохо начать. И благодаря органоидам мозга теперь он может проверить свою идею.
Мозговые шарики
Органоиды мозга называют по-разному: церебральные сферы, мини-мозги, церебральные органоиды. Впервые придуманные в 2013 году, эти причудливые шарики или капли мозга выглядят весьма жутковато. Но поскольку их рост отражает развитие человеческого эмбрионального мозга, эти шарики быстро стали любимой игрушкой нейробиологов.
Рецепты изготовления мозговых органоидов бывают самые разные, но обычно их делают из стволовых клеток человека. Под тщательным наблюдением клетки медленно развиваются в деформированные куски ткани мозга при помощи химического супа. Подобно реальному человеческому мозгу, большинство капель содержат структуру, похожую на кору головного мозга, морщинистый внешний слой мозга, который организует когнитивные функции высшего уровня, такие как внимание, язык и мысль.
По прошествии достаточного количества времени, нейроны внутри мозговых шариков наливаются электрической активностью и подключаются к нейронным сетям, причем некоторые соединения протягиваются через весь органоид. Эти мозговые капли не являются «мини-мозгами» в том смысле, что могут думать или чувствовать, нет. Но тщательный анализ их клеточного состава и экспрессии генов показал набор функциональных нейронных типов, совокупная работа которых напоминает мозг эмбриона второго триместра.
Иными словами, мозговые шарики — идеальные кандидаты для изучения развития мозга. С момента своего создания они использовались для имитации аутизма, шизофрении и изучения влияния вируса Зика на мозг плода.
А теперь, благодаря Паабо, они найдут применение в палеонтологии.
Возрождение неандертальцев
Чтобы восстановить весь неандертальский геном, ученым пришлось бы изменить миллион генов. Эта амбициозная цель в настоящее время невозможна даже при использовании сложных инструментов редактирования генома, таких как CRISPR.
Вместо грубого редактирования всех неандертальских вариантов в человеческие стволовые клетки, Паабо использует более тонкий подход: вводит только три ключевых гена, которые отличаются у людей и неандертальцев, а затем отслеживает влияние этих генов на развитие мозга.
Это проверенный метод.
Несколько лет назад, работая с Виландом Хаттнером, нейробиологом Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка, команда вырастила мозговые органоиды, использовав лейкоциты человека и других приматов. Капли мозга развивались несколько недель, позволяя ученым сравнивать и сопоставлять, как отличается рост клеток у разных видов. Используя живую микроскопию, ученые обнаружили, что клетки человека становятся в полтора раза длиннее, чем обезьян, чтобы выстроить свои хромосомы перед разделением на дочерние клетки. И это удлинение каким-то образом помогает людям генерировать намного больше нейронных стволовых клеток, чем нашим ближайшим родственникам среди приматов.
Паабо надеется найти больше подобных ярких отличий у неандертальских мини-мозгов, поскольку они могли бы объяснить, почему современные люди победили как вид.
«Лучшим результатом было бы то, что генетические изменения приводят к более продолжительному или более разветвленному росту нейронов», говорит он. «Можно было бы сказать, что это биологическая основа для того, почему наш мозг функционирует иначе».
В конце концов, это только начало изучения человеческой уникальности, которое стало возможно только сейчас.
Илья Хель
salik.biz
Живые «мини-мозги» неандертальцев расскажут, что делает наш мозг особенным
Он выделил ДНК из египетских мумий. Он открыл денисовских людей, вымерший вид древнего человека, секвенировав ДНК из крошечного фрагмента кости. Он руководил большим исследованием по восстановлению генома неандертальца — и нашел следы их генов, которые до сих пор прячутся в некоторых из нас сегодня. Теперь шведский генетик доктор Сванте Паабо снова хочет перевернуть палеонтологию вверх дном — в этот раз он планирует вырастить стволовые клетки неандертальцев в крошечных органоидах мозга в пробирке.
В его планах нет полного восстановления мозга неандертальца в чане — скорее, он хочет использовать редактирование генов, чтобы дать человеческим стволовым клеткам несколько вариантов генов, обнаруженных у неандертальцев. Эти отредактированные стволовые клетки затем помещаются в небольшие ячейки мозга, имитирующие развитие мозга у плода, в комплекте с их собственными кровеносными сосудами, нейронными сетями и функционирующими синапсами.
Сравнивая рост неандертализированных мини-мозгов с мозгом человека, Паабо надеется выделить генетические факторы, которые делают нас такими особенными.
«Неандертальцы были разумными, как и другие млекопитающие. Они не выходили в океан, если не видели другого берега», говорит Паабо. «Но для меня самый большой вопрос в истории человечества звучит так: почему мы-то стали настолько отчаянными?».
Революция ДНК
Палеонтологи давно задавались вопросом, как эволюция слепила наши удивительные мозги. Сравнивая нашу генетику с генетикой наших ближайших родственников-обезьян, генетики кропотливо выделили горстку критически разных генов. Например, небольшие мутации в FOXP2, по-видимому, лежат в основе нашей способность формировать сложные фонемы и слова. Некоторые даже считают, что FOXP2 — это ключевое биологическое преимущество, которое дарит нам наш богатый, насыщенный язык.
К сожалению, сравнение геномов может только выявить гены, которые отличаются у людей и обезьян — а вот как эти гены сформировали наше развитие мозга, этот вопрос остается без ответа.
«Раньше мы просто ограничивались просмотром данных секвенирования и каталогизацией различий у других приматов», сетует нейрогенетик Саймон Фишер, руководящий Институтом психолингвистики Макса Планка в Неймегене, Нидерланды. «Мы слегка разочаровались, работая столько лет с традиционными инструментами».
Теперь, благодаря удивительным технологиям ДНК, все должно измениться.
Примерно тридцать лет назад Паабо начал серьезно рассматривать радикальную идею: можно ли извлечь ДНК из мертвой ткани? Хотя ДНК относительно стабильна по сравнению с другими биомолекуламии, такими как белки, она начинает быстро распадаться после смерти. Знаменитая двойная спираль, тщательно смотанная природой в компактные структуры, с течением времени разбивается на все более короткие фрагменты. Собрать эти фрагменты обратно в единые структуры оказывается чрезвычайно сложной задачей, но в 1985 году, используя останки 2400-летней мумии, Паабо убедительно показал, что это можно осуществить.
Это открытие широко распахнуло двери палеонтологии. Ученые перестали быть связанными традиционной ДНК современных, живых видов; у них появился мощный инструмент, позволяющий вернуться назад во времени и изучить ДНК, потерянную в истории.
Ослепленный этим первоначальным успехом, Паабо обратился к неандертальцам, таинственной ветви людей, вымерших более 30 000 лет назад. В 2016 году он опубликовал первый полный геном неандертальца, шокировав ученых и публику интригующим результатом: от 1 до 6 процентов генов неандертальцев присутствовали у людей из Европы, с Ближнего Востока и Дальнего Востока. Другими словами, в какой-то момент древней истории наши предки танцевали горизонтальное танго со своими неандертальскими кузенами, а мы — прямое наследие этих танцев.
«Неандертальцы оставили след в ДНК живущих сегодня людей. Это очень круто. Неандертальцы не вымерли полностью», говорил Паабо в то время.
Его открытие привело к более широкому вопросу: в какой степени неандертальцы нам родственники? Как и современные люди, эти гоминиды с широкой челюстью и выпуклой надбровной дугой жили в пещерах и рисовали на стенах, создавали головные уборы и украшали свои тела цветами задолго до того, как нога современных людей ступила по Европе. Однако они вымерли, а люди достигли миллиардной численности и разбежались по всему земному шару.
Сравнивая наши геномы, группа Паабо определила несколько регионов, содержащих вариации ДНК — изменения, которые могли бы помочь людям адаптироваться. Среди них — геномные области, которые играют роль в когнитивном развитии.
Хотя наши дико разные судьбы могут быть и не совсем связаны с различиями в познании, Паабо считает, что с этого места было бы неплохо начать. И благодаря органоидам мозга теперь он может проверить свою идею.
Мозговые шарики
Органоиды мозга называют по-разному: церебральные сферы, мини-мозги, церебральные органоиды. Впервые придуманные в 2013 году, эти причудливые шарики или капли мозга выглядят весьма жутковато. Но поскольку их рост отражает развитие человеческого эмбрионального мозга, эти шарики быстро стали любимой игрушкой нейробиологов.
Рецепты изготовления мозговых органоидов бывают самые разные, но обычно их делают из стволовых клеток человека. Под тщательным наблюдением клетки медленно развиваются в деформированные куски ткани мозга при помощи химического супа. Подобно реальному человеческому мозгу, большинство капель содержат структуру, похожую на кору головного мозга, морщинистый внешний слой мозга, который организует когнитивные функции высшего уровня, такие как внимание, язык и мысль.
По прошествии достаточного количества времени, нейроны внутри мозговых шариков наливаются электрической активностью и подключаются к нейронным сетям, причем некоторые соединения протягиваются через весь органоид. Эти мозговые капли не являются «мини-мозгами» в том смысле, что могут думать или чувствовать, нет. Но тщательный анализ их клеточного состава и экспрессии генов показал набор функциональных нейронных типов, совокупная работа которых напоминает мозг эмбриона второго триместра.
Иными словами, мозговые шарики — идеальные кандидаты для изучения развития мозга. С момента своего создания они использовались для имитации аутизма, шизофрении и изучения влияния вируса Зика на мозг плода.
А теперь, благодаря Паабо, они найдут применение в палеонтологии.
Возрождение неандертальцев
Чтобы восстановить весь неандертальский геном, ученым пришлось бы изменить миллион генов. Эта амбициозная цель в настоящее время невозможна даже при использовании сложных инструментов редактирования генома, таких как CRISPR.
Вместо грубого редактирования всех неандертальских вариантов в человеческие стволовые клетки, Паабо использует более тонкий подход: вводит только три ключевых гена, которые отличаются у людей и неандертальцев, а затем отслеживает влияние этих генов на развитие мозга.
Это проверенный метод.
Несколько лет назад, работая с Виландом Хаттнером, нейробиологом Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка, команда вырастила мозговые органоиды, использовав лейкоциты человека и других приматов. Капли мозга развивались несколько недель, позволяя ученым сравнивать и сопоставлять, как отличается рост клеток у разных видов. Используя живую микроскопию, ученые обнаружили, что клетки человека становятся в полтора раза длиннее, чем обезьян, чтобы выстроить свои хромосомы перед разделением на дочерние клетки. И это удлинение каким-то образом помогает людям генерировать намного больше нейронных стволовых клеток, чем нашим ближайшим родственникам среди приматов.
Паабо надеется найти больше подобных ярких отличий у неандертальских мини-мозгов, поскольку они могли бы объяснить, почему современные люди победили как вид.
«Лучшим результатом было бы то, что генетические изменения приводят к более продолжительному или более разветвленному росту нейронов», говорит он. «Можно было бы сказать, что это биологическая основа для того, почему наш мозг функционирует иначе».
В конце концов, это только начало изучения человеческой уникальности, которое стало возможно только сейчас.
По материалам hi-news
24hitech.ru
Ученые создали первую 3D-модель мозга неандертальца
Модель мозга Homo neanderthalensis помогла подтвердить ранние наблюдения, основанные лишь на форме и размере черепа, и выявить различия между неандертальцами и первыми Homo sapiens.
Модель мозга Homo neanderthalensis помогла подтвердить ранние наблюдения, основанные лишь на форме и размере черепа, и выявить различия между неандертальцами и первыми Homo sapiens. Результаты исследования опубликованы в журнале Scientific Reports.
Международная команда ученых установила, что мозг неандертальцев был больше, чем у представителей Homo sapiens, но с меньшим мозжечком – нижней частью мозга около позвоночника, которая отвечает за баланс и движение, а также участвует в формировании речи и в обучении. Эта разница, возможно, стала причиной социального различия между близкими родственниками (и неандерталец, и человек разумный относятся к одному роду – люди) и может объяснить, почему один вид вымер, в то время как другой процветал.
Для того, чтобы создать 3D-реконструкцию мозга неандертальца, исследователи объединили дисциплины физической антропологии, машиностроения и нейронауки. С помощью виртуальных «слепков» они сделали компьютерные модели четырех черепов неандертальцев, которые были найдены во время раскопоок и четырех древних представителей Homo sapiens. «Искусственные» черепа точно повторяли форму и размер настоящих. Затем ученые использовали снимки МРТ почти двухсот современных людей для моделирования «среднего» человеческого мозга, который потом они «деформировали», чтобы он соответствовал мозгу неандертальца.
Неандертальцы появились в Европе, Средней Азии и на Ближнем Востоке около 200 000 лет назад. Они исчезли около 30 000 – 000 лет назад – примерно в то же время, когда древние Homo sapiens начали передвигаться из Африки на другие территории. Эти две группы из одного рода в какое-то время пересекались и даже, по оценкам некоторых ученых, жили по соседству, но, скорее всего, враждовали.
Долгое время неандертальцев изображали как закоснелых, не развивающихся животных. Однако, согласно недавним исследованиям, они были более сложными существами, которые занимались искусством, заботились о пожилых людях, хоронили своих мертвых и, возможно, были первыми ювелирами, хотя они, вероятно, были также и каннибалами.
[Фото: Phys.org]
scientificrussia.ru
Живые «мини-мозги» неандертальцев расскажут, что делает наш мозг особенным
Он выделил ДНК из египетских мумий. Он открыл денисовских людей, вымерший вид древнего человека, секвенировав ДНК из крошечного фрагмента кости. Он руководил большим исследованием по восстановлению генома неандертальца — и нашел следы их генов, которые до сих пор прячутся в некоторых из нас сегодня. Теперь шведский генетик доктор Сванте Паабо снова хочет перевернуть палеонтологию вверх дном — в этот раз он планирует вырастить стволовые клетки неандертальцев в крошечных органоидах мозга в пробирке.
В его планах нет полного восстановления мозга неандертальца в чане — скорее, он хочет использовать редактирование генов, чтобы дать человеческим стволовым клеткам несколько вариантов генов, обнаруженных у неандертальцев. Эти отредактированные стволовые клетки затем помещаются в небольшие ячейки мозга, имитирующие развитие мозга у плода, в комплекте с их собственными кровеносными сосудами, нейронными сетями и функционирующими синапсами.
Сравнивая рост неандертализированных мини-мозгов с мозгом человека, Паабо надеется выделить генетические факторы, которые делают нас такими особенными.
«Неандертальцы были разумными, как и другие млекопитающие. Они не выходили в океан, если не видели другого берега», говорит Паабо. «Но для меня самый большой вопрос в истории человечества звучит так: почему мы-то стали настолько отчаянными?».
Революция ДНК
Палеонтологи давно задавались вопросом, как эволюция слепила наши удивительные мозги. Сравнивая нашу генетику с генетикой наших ближайших родственников-обезьян, генетики кропотливо выделили горстку критически разных генов. Например, небольшие мутации в FOXP2, по-видимому, лежат в основе нашей способность формировать сложные фонемы и слова. Некоторые даже считают, что FOXP2 — это ключевое биологическое преимущество, которое дарит нам наш богатый, насыщенный язык.
К сожалению, сравнение геномов может только выявить гены, которые отличаются у людей и обезьян — а вот как эти гены сформировали наше развитие мозга, этот вопрос остается без ответа.
«Раньше мы просто ограничивались просмотром данных секвенирования и каталогизацией различий у других приматов», сетует нейрогенетик Саймон Фишер, руководящий Институтом психолингвистики Макса Планка в Неймегене, Нидерланды. «Мы слегка разочаровались, работая столько лет с традиционными инструментами».
Теперь, благодаря удивительным технологиям ДНК, все должно измениться.
Примерно тридцать лет назад Паабо начал серьезно рассматривать радикальную идею: можно ли извлечь ДНК из мертвой ткани? Хотя ДНК относительно стабильна по сравнению с другими биомолекуламии, такими как белки, она начинает быстро распадаться после смерти. Знаменитая двойная спираль, тщательно смотанная природой в компактные структуры, с течением времени разбивается на все более короткие фрагменты. Собрать эти фрагменты обратно в единые структуры оказывается чрезвычайно сложной задачей, но в 1985 году, используя останки 2400-летней мумии, Паабо убедительно показал, что это можно осуществить.
Это открытие широко распахнуло двери палеонтологии. Ученые перестали быть связанными традиционной ДНК современных, живых видов; у них появился мощный инструмент, позволяющий вернуться назад во времени и изучить ДНК, потерянную в истории.
Ослепленный этим первоначальным успехом, Паабо обратился к неандертальцам, таинственной ветви людей, вымерших более 30 000 лет назад. В 2016 году он опубликовал первый полный геном неандертальца, шокировав ученых и публику интригующим результатом: от 1 до 6 процентов генов неандертальцев присутствовали у людей из Европы, с Ближнего Востока и Дальнего Востока. Другими словами, в какой-то момент древней истории наши предки танцевали горизонтальное танго со своими неандертальскими кузенами, а мы — прямое наследие этих танцев.
«Неандертальцы оставили след в ДНК живущих сегодня людей. Это очень круто. Неандертальцы не вымерли полностью», говорил Паабо в то время.
Его открытие привело к более широкому вопросу: в какой степени неандертальцы нам родственники? Как и современные люди, эти гоминиды с широкой челюстью и выпуклой надбровной дугой жили в пещерах и рисовали на стенах, создавали головные уборы и украшали свои тела цветами задолго до того, как нога современных людей ступила по Европе. Однако они вымерли, а люди достигли миллиардной численности и разбежались по всему земному шару.
Сравнивая наши геномы, группа Паабо определила несколько регионов, содержащих вариации ДНК — изменения, которые могли бы помочь людям адаптироваться. Среди них — геномные области, которые играют роль в когнитивном развитии.
Хотя наши дико разные судьбы могут быть и не совсем связаны с различиями в познании, Паабо считает, что с этого места было бы неплохо начать. И благодаря органоидам мозга теперь он может проверить свою идею.
Мозговые шарики
Органоиды мозга называют по-разному: церебральные сферы, мини-мозги, церебральные органоиды. Впервые придуманные в 2013 году, эти причудливые шарики или капли мозга выглядят весьма жутковато. Но поскольку их рост отражает развитие человеческого эмбрионального мозга, эти шарики быстро стали любимой игрушкой нейробиологов.
Рецепты изготовления мозговых органоидов бывают самые разные, но обычно их делают из стволовых клеток человека. Под тщательным наблюдением клетки медленно развиваются в деформированные куски ткани мозга при помощи химического супа. Подобно реальному человеческому мозгу, большинство капель содержат структуру, похожую на кору головного мозга, морщинистый внешний слой мозга, который организует когнитивные функции высшего уровня, такие как внимание, язык и мысль.
По прошествии достаточного количества времени, нейроны внутри мозговых шариков наливаются электрической активностью и подключаются к нейронным сетям, причем некоторые соединения протягиваются через весь органоид. Эти мозговые капли не являются «мини-мозгами» в том смысле, что могут думать или чувствовать, нет. Но тщательный анализ их клеточного состава и экспрессии генов показал набор функциональных нейронных типов, совокупная работа которых напоминает мозг эмбриона второго триместра.
Иными словами, мозговые шарики — идеальные кандидаты для изучения развития мозга. С момента своего создания они использовались для имитации аутизма, шизофрении и изучения влияния вируса Зика на мозг плода.
А теперь, благодаря Паабо, они найдут применение в палеонтологии.
Возрождение неандертальцев
Чтобы восстановить весь неандертальский геном, ученым пришлось бы изменить миллион генов. Эта амбициозная цель в настоящее время невозможна даже при использовании сложных инструментов редактирования генома, таких как CRISPR.
Вместо грубого редактирования всех неандертальских вариантов в человеческие стволовые клетки, Паабо использует более тонкий подход: вводит только три ключевых гена, которые отличаются у людей и неандертальцев, а затем отслеживает влияние этих генов на развитие мозга.
Это проверенный метод.
Несколько лет назад, работая с Виландом Хаттнером, нейробиологом Института молекулярной клеточной биологии и генетики Макса Планка, команда вырастила мозговые органоиды, использовав лейкоциты человека и других приматов. Капли мозга развивались несколько недель, позволяя ученым сравнивать и сопоставлять, как отличается рост клеток у разных видов. Используя живую микроскопию, ученые обнаружили, что клетки человека становятся в полтора раза длиннее, чем обезьян, чтобы выстроить свои хромосомы перед разделением на дочерние клетки. И это удлинение каким-то образом помогает людям генерировать намного больше нейронных стволовых клеток, чем нашим ближайшим родственникам среди приматов.
Паабо надеется найти больше подобных ярких отличий у неандертальских мини-мозгов, поскольку они могли бы объяснить, почему современные люди победили как вид.
«Лучшим результатом было бы то, что генетические изменения приводят к более продолжительному или более разветвленному росту нейронов», говорит он. «Можно было бы сказать, что это биологическая основа для того, почему наш мозг функционирует иначе».
В конце концов, это только начало изучения человеческой уникальности, которое стало возможно только сейчас.
Фото: Getty ImagesМозг неандертальцев имел несколько уникальных черт.
