O que torna seu cérebro diferente de um neandertal?

Cientistas descobriram um defeito em nosso DNA que pode ter ajudado a separar as mentes de nossos ancestrais das dos neandertais e de outros parentes extintos.

A mutação, que se originou nas últimas centenas de milhares de anos, estimula o desenvolvimento de mais neurônios na parte do cérebro que usamos para nossas formas mais complexas de pensamento, de acordo com um novo relatório. estudar Publicado na Science na quinta-feira.

“O que encontramos é um gene que definitivamente contribui para nos tornar humanos”, disse Welland Huttner, neurocientista do Instituto Max Planck de Biologia Celular e Genética Molecular em Dresden, Alemanha, e um dos autores do estudo.

O cérebro humano nos permite fazer coisas que outros seres vivos não podem fazer, como usar uma linguagem perfeita e fazer planos complexos para o futuro. Durante décadas, os cientistas compararam a anatomia do nosso cérebro com a de outros mamíferos para entender como essas faculdades sofisticadas evoluíram.

A característica mais óbvia do cérebro humano é seu tamanho – quatro vezes o tamanho dos chimpanzés, nosso parente vivo mais próximo.

Nosso cérebro também tem características anatômicas distintas. A área do córtex atrás de nossos olhos, conhecida como lobo frontal, é essencial para alguns de nossos pensamentos mais complexos. de acordo com Estudo de 2018o lobo frontal humano contém muito mais neurônios do que a mesma área em chimpanzés.

Mas comparar humanos a macacos vivos tem uma falha séria: nosso ancestral comum mais recente viveu com chimpanzés há quase sete milhões de anos. Para preencher o que aconteceu desde então, os cientistas tiveram que recorrer aos fósseis de nossos ancestrais mais recentes, conhecidos como hominídeos.

Depois de examinar os crânios dos hominídeos, os paleoantropólogos descobriram que os cérebros de nossos ancestrais Um aumento significativo Um tamanho que começou há cerca de dois milhões de anos. Eles atingiram o tamanho de humanos vivos cerca de 600.000 anos atrás. Os neandertais, entre nossos parentes hominídeos extintos mais próximos, tinham cérebros tão grandes quanto os nossos.

Mas os cérebros dos neandertais eram alongados, enquanto os humanos têm uma Mais esférico. Os cientistas não podem determinar a causa dessas diferenças. Uma possibilidade é que diferentes regiões do cérebro de nossos ancestrais mudaram de tamanho.

Nos últimos anos, neurocientistas começaram a investigar cérebros antigos com uma nova fonte de informação: pedaços de DNA preservados em fósseis de hominídeos. Os geneticistas reconstruíram genomas inteiros de Neandertais Assim como seus primos orientais, os Denisovanos.

Os cientistas se concentraram em diferenças potencialmente cruciais entre nossos genomas e os genomas de neandertais e denisovanos. O DNA humano contém cerca de 19.000 genes. As proteínas codificadas por esses genes correspondem principalmente às encontradas em neandertais e denisovanos. Mas os pesquisadores descobriram 96 mutações específicas de humanos que alteraram a estrutura da proteína.

Em 2017, Anneline Pinson, pesquisadora do laboratório do Dr. Huttner, estava analisando essa lista de mutações e notou uma mutação que alterava um gene chamado TKTL1. Os cientistas sabem que o TKTL1 se torna ativo no córtex humano em desenvolvimento, particularmente no lobo frontal.

“Sabemos que o lobo frontal é importante para a função cognitiva”, disse o Dr. Benson. “Então essa foi uma boa dica de que ele poderia ser um candidato interessante.”

Dr. Benson e colegas conduziram experimentos preliminares com TKTL1 em ​​camundongos e roedores. Depois de injetar a versão humana do gene no cérebro de animais em desenvolvimento, eles descobriram que isso fazia com que camundongos e roedores produzissem mais neurônios.

Em seguida, os pesquisadores realizaram experimentos em células humanas, usando partes de tecido cerebral fetal obtidas com o consentimento de mulheres que abortaram em um hospital de Dresden. Use Dr. Benson tesoura molecular Para truncar o gene TKTL1 de células em amostras de tecido. Sem ele, o tecido cerebral humano produz menos células progenitoras que dão origem aos neurônios.

Em seu experimento final, os pesquisadores decidiram criar um arquivo Miniatura como um cérebro neandertal. Eles começaram com uma célula-tronco embrionária humana e modificaram o gene TKTL1 para que não tivesse a mutação humana. Em vez disso, carregava a mutação encontrada em nossos parentes, incluindo neandertais, chimpanzés e outros mamíferos.

Em seguida, eles colocaram a célula-tronco em um banho de produtos químicos que a levaram a se transformar em uma massa de tecido cerebral em desenvolvimento, chamado organoide cerebral. Gerou células cerebrais originais, que então produziram um córtex cerebral em miniatura composto de camadas de neurônios.

O organoide cerebral semelhante ao neandertal produziu menos neurônios do que o organoide com a versão humana do TKTL1. Isso indica que quando o gene TKTL1 sofre mutação, nossos ancestrais podem produzir neurônios adicionais no lobo frontal. Embora essa mudança não tenha aumentado o tamanho geral do nosso cérebro, ela pode ter reorganizado sua fiação.

“Esta é realmente uma jornada de força”, disse Laurent Nguyen, neurocientista da Universidade de Liège, na Bélgica, que não esteve envolvido no estudo. “É notável que uma mudança tão pequena tenha um impacto significativo na produção de neurônios”.

A nova descoberta não significa que o TKTL1, por si só, forneça o segredo do que nos torna humanos. Outros pesquisadores também estão analisando a lista de 96 mutações modificadoras de proteínas e realizando seus próprios experimentos.

Outros membros do laboratório do Dr. Huttner relataram em julho Duas outras mutações alteram a taxa na qual as células cerebrais em desenvolvimento se dividem. ano passadouma equipe de pesquisadores da Universidade da Califórnia em San Diego descobriu que outra mutação parece alterar o número de conexões que os neurônios humanos fazem uns com os outros.

Outras mutações também podem ser importantes para nossos cérebros. Por exemplo, à medida que o córtex se desenvolve, os neurônios individuais precisam migrar para encontrar seu nicho adequado. Dr. Nguyen observou que algumas das 96 mutações exclusivas dos humanos são genes alterados que provavelmente estão envolvidos na migração celular. Ele especula que nossas mutações podem fazer nossos neurônios se moverem de forma diferente dos neurônios do cérebro neandertal.

“Eu não acho que é o fim da história”, disse ele. “Acho que é necessário mais trabalho para entender o que nos torna humanos em termos de desenvolvimento do cérebro”.