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脑洞大开:你我为何变得如此聪明
2015-2-28
动物脑袋占身体比例越大,大脑皮层沟回越多越聪明(By Simon Rogers)
回顾地球历史,这颗蓝色的星球上曾经存在过上千万种生命?
为什么唯独人类变得如此聪明,如此这般强大,如此具有主宰一切的力量? 因为人类聪明,人类的脑袋与众不同。
基因组研究发现,人类与黑猩猩的基因大约98.5%是相同的,但人脑容量却是黑猩猩的3倍。人类的语言、社会组织和智力均远远超过猩猩,其原因便在于人类大脑的容量和体积都比猩猩的大。人类沟壑纵横的大脑,丰富的大脑皮层,让我们的认知、情感、记忆和学习更加强大。 那么,人类的大脑是如何变得如此厉害的呢?
回答这个问题,科学家需要非常复杂的研究手段。其中科学家最常用的方法是,对于人与黑猩猩之间的遗传差异,寻找突破点,然后利用老鼠为研究对象,做对照实验。首先要筛选出人类与近亲黑猩猩之间的有差异的基因,然后确定哪些基因与大脑神经分化有关。
科学家总共筛选出来56个基因,用于研究大脑的进化。其中有个叫ARHGAP11A基因是人类与黑猩猩在600万年前分化之后,特化出来的基因,黑猩猩和老鼠都没有这个基因。ARHGAP11A基
因经过一定的生化过程和部分自我复制之后,形成另外一个重要的基因ARHGAP11B,而A
RHGAP11B基因表达与大脑皮层的形成有关系。2015年2月,Science里程碑式地报道证实了ARHGAP11B基因的生理功效。法国普朗克研究所的科学家将ARHGAP11B基因注入小鼠胚胎之中,发现小鼠大脑皮层干细胞数量增加了一倍,甚至约有一半实验鼠皮层发育出了人类特有的新皮层褶皱。ARHGAP11B基因在在人类大脑的发育进化中发挥了重要作用,让人的大脑变得更大更复杂(Science, 2015)。
ARHGAP11B基因的发现,说明人类大脑变大首先可能得益于600万年前ARHGAP11B基因的突变。ARHGAP11B基因通过简单的复制过程,率先增加了人类的大脑容量,把人从黑猩猩间剥离出来。其次大脑的发育,还与其它很多参与调控的基因有关。美国科学家同样在今年也发现,注入一小段人类DNA能够增大小鼠的大脑(Current Biology, 2015)。把含有与增强大脑皮质活动有关人类DNA(含有增强子HARE5)注入小鼠胚胎内,能够促进小鼠大脑发育,小鼠胚胎大脑比普通的增大12%。这一研究反向证实了,人类大脑的增大或与某些特定的基因进化有关。
注入一小段人类DNA能够增大小鼠胚胎的大脑(Via CB)
此外,还非常值得一提的是人类语言能力的大脑发育基础。语言是人类智力的基石之一,人类是唯一具有语言系统的生物。人类的语言大概起源于10万年前,而语言的遗传学基础是2001年发现的Foxp2基因(Nature 2001)。著名的Foxp2基因位于第七号染色体上,控制着人类错综复杂的语言能力。Foxp2基因首先在英国一个存在严重语言障碍的家族中首先发现的,它的突变或缺失可导致学习和语言功能障碍。Foxp2基因调控是近20万年才形成的,参与调控FOXP2与言语运动控制有关的大脑皮层区域,这一基因不仅能让人说话能力增强,而且与语法和语义等高级语言功能有关,能提高人掌握复杂技巧的能力。
或许是600万年前的偶然,或是机缘巧合,ARHGAP11A的突变致使人与黑猩猩分道扬镳,开启了自然历史上最为神奇的进化过程—--人脑的进化。大脑容量的增加和大脑皮层的扩展促使人的
智力大为提高,发展出了复杂的语言、文化、农业和政治系统,甚至屠杀、性侵和暴力。大脑的发育和进化,ARHGAP11B 和FOXP2基因只是其中较为著名的基因而已,大脑进化发育还涉及到其它一些基因的参与与调控,特比是外脑室下区(OSVZ)的发育过程极为复杂。人类对大脑的了解还非常有限,很多未解之谜还有待进一步解答。
在科学的三大难题中(宇宙的起源、生命的起源和心理的起源),想要回答心理的起源,得首先了解大脑的进化过程和工作机制。脑科学也是科学界最难攻克的领域之一。为此,美国在2013年宣布了耗资数10亿美元“脑计划”,欧盟也在2013年初宣布了“人脑工程”,以人类科学的智慧和手段,来了解人类大脑的智慧到底是怎样工作的,如何进化来的。中国科学院等一些中国科研机构在新一轮的改革中,也相继启动了脑科学计划(不得不说欧美早已抢占了制高点),在未来破解大脑密码的道路上,想必也会有中国科学家的身影,有中国脑袋的智力贡献吧。
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