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来自猩猩的你,为什么脑袋更大更聪明科学 [复制链接]

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人类的脑容量(上)大约是黑猩猩(下)的三倍。|PaulGervais,Histoirenaturelledesmammifères()

作者|卓思上海理工大学副教授

编辑|陈天真

从达尔文的《物种起源》开始,我们就知道,人类和黑猩猩是近亲,有着共同的祖先,基因相似度极高。

不过,黑猩猩的脑容量只有大约毫升,人类则达到了毫升,而且我们的脑门那块,也就是前额叶皮质要大很多。正是从如此发达的大脑中,涌现出各种稀奇古怪的想法,让人类具有强烈的好奇心和缜密的逻辑,创造出哲学、艺术、科学,表达自我,解释自然。

可问题是,为什么人类的大脑比猩猩更大呢?答案可能是,一个关键的基因差异导致人类的大脑更晚熟,结果慢工出细活,人类的大脑长到了猩猩的三倍那么大。

人类的大脑有何不同?

在成熟的人类大脑中,大约有亿个神经元,也就是神经细胞。神经元的形状像是一棵树,树根是轴突,树干是细胞体,树枝是树突。

神经元示意图。|DevinK.Phillips

每个神经元可以与周围多个神经元建立连接,据估计,大脑中有超过60万亿个神经元连接,形成了一个错综复杂的网络,从中涌现出我们的思想、情感和行为。比如,正是因为你的大脑对自身感到好奇,才指导小脑做出“点击”这个动作,开始阅读这篇文章,而此时此刻,你后脑勺的视觉皮层正在辛勤工作,处理眼前的文字信息。

当一个神经元想要与另一个神经元对话时,会向轴突发送一个电信号,为了快马加鞭传送信号,轴突往往非常长,直到与另一个神经元的树突相遇,才像在驿站中转一样,将信号交接出去。树突则负责从四面八方接收其他神经元的信号,所以像树枝一样生出许多分叉。

大量神经元彼此连接,形成错综复杂的网络。|medium

和人体内功能各异的其他细胞一样,神经元也由胚胎干细胞分化而来。在胚胎发育初期,胚胎干细胞首先分化成圆柱形的神经祖细胞,然后神经祖细胞不断分裂增殖,经过一段时间后逐渐成熟,并减慢增殖速度,伸长形成树形的神经元细胞。在这个阶段,神经祖细胞增殖的次数越多,随后产生的神经元就越多。

大脑的这个发育过程深刻地影响着生物的智力水平。智能更发达的物种,大脑皮层往往更大,神经元更多。比如,人类大脑的神经元数量是我们的灵长类近亲黑猩猩和大猩猩的3倍之多。

那么,人类的大脑为什么比猩猩更大呢?3月24号,发表在《细胞》杂志上的一项最新研究发现,关键差异可能只在于一个基因开关。

为什么人类大脑比猩猩大?

要研究真实的大脑很难,于是生物学家利用人类、大猩猩和黑猩猩的干细胞培养出大脑组织,也就是大脑类器官,来模拟真实大脑。

结果发现,与真正的大脑类似,人类的大脑类器官比猩猩的大得多。而之所以出现这种差异,是因为对于大猩猩和黑猩猩,神经祖细胞的增殖时间在5天左右,而这个过程在人类的神经祖细胞中被延长到了大约7天。这使得人类神经祖细胞保持圆柱形的时间更长,它们紧锣密鼓,以指数速率频繁分裂,最终生成了相当于大猩猩和黑猩猩3倍数量的神经元。

图中是培养5周时间的大脑类器官。人类大脑的类器官比大猩猩和黑猩猩大得多(从左到右)|S.Benito-Kwiecinski/MRCLMB/Cell

不过,到底是怎样的洪荒之力为人类争取到了这2天时间呢?答案是一种名为ZEB2的关键基因,它就像是一个分子开关,控制神经祖细胞什么时候停止转化。与猩猩相比,在人类大脑发育过程中,这个基因开关的激活时间要晚一些,从而延长了祖细胞的增殖分化过程,最终增加了神经元的数量。

接下来科学家们又开了一个更大的脑洞:如果人为操纵这个基因开关,能让猩猩的大脑长到像人一样大吗?结果发现,在猩猩的神经祖细胞中,如果延迟开关激活时间,就可以使猩猩的大脑变得更接近人类;反之在人类神经祖细胞中,如果提前激活开关,也能让人类的大脑变得与猩猩更类似,简直可以实现无缝切换。

作为万物灵长,

人类和猩猩的差异到底有多大?

由于类器官并不能代替真正的大脑,目前的研究只能说是一种可能性,我们还不能确定,让人类大脑比猩猩更大的原因是否果真如此。

不过,人类与猩猩大脑的差异或许只在于一个分子开关,这不禁引人思考:自诩为万物灵长的人类,我们和猩猩的差异到底有多大?

4月15日,《细胞》杂志报道了一项重大科学突破:科学家将人类干细胞注射到猴子胚胎中,生成了人-猴嵌合体胚胎,有望在未来培育出人体器官进行移植,结果引发了广泛的伦理争议。其中一个重要的争议是,这是否会导致人类和其他物种的界限变得模糊?

科学家将人类干细胞注射到猴子胚胎中,生成了人-猴嵌合体胚胎。|WeizhiJi/KMUST

我们习惯假定,物种之间的边界是自然存在、固定不变的,而人类在所有物种当中居于最高地位。可真的是这样吗?

如果大脑这个让人类最有优越感的器官,它之所以更大更聪明,可能只是由于生命演化过程中一次偶然的基因突变,我们该如何看待人类和其他物种的关系?又该如何利用自然的这份馈赠?是傲慢地站在食物链顶端,残酷掠夺其他物种的生存领地,逼迫它们走向灭绝?还是更加平等地

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