ВОССТАНОВЛЕНИЕ ФУНКЦИЙ НЕЙРОНОВ НЕАНДЕРТАЛЬЦЕВ ЧЕРЕЗ МОЗГОВЫЕ ОРГАНОИДЫ

МЕНЮ


Искусственный интеллект
Поиск
Регистрация на сайте
Помощь проекту
Архив новостей

ТЕМЫ


Новости ИИРазработка ИИВнедрение ИИРабота разума и сознаниеМодель мозгаРобототехника, БПЛАТрансгуманизмОбработка текстаТеория эволюцииДополненная реальностьЖелезоКиберугрозыНаучный мирИТ индустрияРазработка ПОТеория информацииМатематикаЦифровая экономика

Авторизация



RSS


RSS новости


Неандертальцы и денисовцы - вымершие ветви рода Homo, наши ближайшие родственники. Их останки (части скелета) содержат следовые количества ДНК, которые с помощью современных методов клонирования и секвенирования позволили воссоздать полный геном каждого из этих вымерших видов (подвидов) людей. Вместе с тем, о деталях биологии неандертальцев и денисовцев известно очень мало. Особенности скелета уназывают на точки прикрепления скелетных мышц и на то, насколько массивным могло быть телосложение. Ископаемые образцы предметов быта и орудий труда неандертальцев, например, из Оленьей пещеры во Франции (культурный слой Шательперон) указывают на развитые социальные отношения и некоторые обряды, включая похоронные, хотя это и аргументированно опровергается. Неандертальцы обладали большим мозгом (1400-1700 см3), который по объему даже превосходил объем мозга современного человека (1250-1600 см3). Вопрос заключается в том, в какой мере неандертальский человек мог быть человеком в общепринятом смысле, то есть так, как это понимается на бытовом уровне сегодня. Мог ли бы неандерталец, будучи помещен в современную человеческую среду обитания, стать "человеком", то есть обладать связной речью, сознанием, социальным (или асоциальным) поведением? Этого не происходит ни с одним другим видом современных нам живых существ, включая собак, кошек и высших обезьян, из чего мы можем сделать вывод, что биологической основы мозга любых современных животных недостаточно для проявления высших функций сознания и формирования человеческого поведения.

МОЗГ И НЕЙРОНЫ. За все эти вышеперечисленные функции отвечает головной мозг (это мы не будем не подвергать сомнению; все, что фольклор относит к деятельности сердца, помимо перекачивания крови, т.е. эмоции, чувства, интуицию, оставим за скобками, как ненаучные суждения). Мозг составлен разными типами клеток, которые выполняют определенные функции. В частности, нейроны - это клетки, тела которых составляют основную массу серого вещества мозга, а их отростки - так называемое белое вещество. Отростки покрыты слоями миелина, который выполняет функцию изолятора, как в случае электрических проводов в трансформаторной будке. Нейроны связаны между собой и с другими, не-нейрональными типами клеток (например, мышечными) через систему синапсов (это, по сути, электрохимические контакты). Нейроны работают через генерацию и посылание электрических импульсов, и доминирующая на сегодня точка зрения заключается в том, что электрическая активность мозга, помимо управления, например, мышечной активностью (поперечнополосатыми и гладкомышечными клетками), отвечает также за генерацию того, что мы называем сознанием. Поэтому, сравнение высших обезьян и человека по такому простому параметру, как объем мозга, подсказывает простой ответ, что объем мозга и, следовательно, количество межнейронных контактов, меньше у обезьян, из чего следует, что неспособность их мозга к генерации сознания и поведения человеческого типа (целенаправленность, планирование, развитая вторая сигнальная система, стремление к преобразованию окружающего мира и т.д.) может иметь понятную биологическую основу. Далее, помимо обьема мозга и количества межнейронных связей, различными могут быть сами нейроны и электрохимические контакты (синапсы) между ними. Неандертальцы имели объем мозга, не уступающий или даже превосходящий обьем мозга современного человека (см. выше). Поэтому сравнение активности нейронов могло бы подсказать ответ, могли ли неандертальцы (и денисовцы) обладать сознанием, сравнимым с сознанием современного им хомо сапиенса, если бы других отличий не было, включая такие макро-показатели, как объем и распределение функциональных зон (или блоков - по классификации А.Р.Лурии) мозга.

ГЕНЕТИЧЕСКИЕ ОТЛИЧИЯ СОВРЕМЕННОГО ХОМО САПИЕНСА И НЕАНДЕРТАЛЬЦА. На сегодня нам известны полные геномы неандертальцев и денисовцев, полученные с многократным покрытием (т.е. высокого качества). Авторы недавней статьи с помощью специального компьютерного анализа сравнили геномы неандертальцев и современных людей с учетом ряда критериев, которые позволяют отсекать многие ненужные для анализа мутации (изменения в ДНК), прежде всего те, которые возникли не при расщеплении исходного предкового вида гоминид на два, сапиенсов и неандертальцев (и денисовцев), а существовали и существуют как множественные (аллельные) варианты огромного количества генов во всех предковых и современных видах людей. То есть нас интересуют те мутации в ДНК, которые возникли при расщепленнии неизвестного на сегодня предкового вида гоминид на сапиенсов (современные люди), неандертальцев и денисовцев, а не те, которые возникли до такого расщепления или были привнесены в наш геном в результате множественных скрещиваний неандертальцев (и, возможно, денисовцев) с современным человеком сотни тысяч лет назад.

NOVA1. В этом анализе ген NOVA1 проявился как один из тех, мутация в котором, присутствующая у всех современных людей, возникла сразу после (или одновременно с) расщепления предкового вида гоминид на современного человека и неандертальцев (и денисовцев). Эта мутация представляет собой замену всего одного нуклеотида в хромосомной ДНК, которая приводит к замене аминокислоты изолейцин на аминокислоту валин в молекуле белка Nova1 (любой белок - это цепочка аминокислот). А мы сегодня знаем, что продукт гена NOVA1, т.е. белок Nova1, регулирует так называемый альтернативный сплайсинг в клетках развивающейся нервной системы (т.е. в эмбрионах) и также является одним из главных регуляторов сплайсинга генов, задействованных в контроле формирования синапсов (тех самых межнейронных электрохимических контактов - см. выше). А сплайсинг генов, если очень коротко, - это фундаментальный процесс, который управляет вырезанием некодирующих участков (интронов) из генов, за счет чего из одного гена появляется целое семейство молекул РНК, отличающихся по своей активности. И все эти молекулы РНК, все это семейство (происходящее из одного гена) служит матрицей для синтеза такого же, если не большего количества отличающихся между собой белков. И эти белковые семейства между близкородственными видами - разные!

МОЗГОВЫЕ ОРГАНОИДЫ. Как сравнить работу исходного и мутированного гена? Очевидно мы не можем использовать мозг современного человека в качестве модельной системы по этическим соображениям, и также мы не способны (на сегодня) вырастить полностью функциональный мозг неандертальца, чтобы ответить на главный вопрос, есть ли разница? И если есть, то в чем? Но, мы можем воспользоваться некими новыми свойствами клеток (открытыми за последние 10-15 лет) для того, чтобы создать псевдо-орган, который во многом очень сильно напоминает настоящий орган, тот самый, который природа выращивает в наших телах на протяжении эмбрионального развития. В основе получения таких органоидов (псевдо-органов) лежит выполнение самими клетками той или иной генетической программы, о деталях чего мы в настоящее время мало что знаем. Все два триллиона клеток в наших телах несут один и тот же набор генов (кроме эритроцитов и кровяных пластинок), но проявляются все эти гены в разных клетках по-разному, вследствие чего возникает все наблюдаемое разнообразие клеток и тканей в наших телах (сердце, печень, почки, легкие, эпителиальные ткани, кровь, мезенхима в эмбрионах и т.д.). Мы не знаем, как это в точности работает, но мы можем этим воспользоваться для ответа на вопрос. И вот авторы работы взяли не-мозговые клетки от двух доноров, получили из них искусственные стволовые клетки по известной процедуре и затем вырастили из них мозговые органоиды в условиях культуры вне организма, используя разработанные протоколы стимуляции различными ростовыми факторами. В таких органоидах появляются типичные нейроны с отростками, связанные друг с другом через систему синапсов, и эти нейроны по своим свойствам сходны с нейронами коры больших полушарий мозга и обладают электрической активностью!

ОРГАНОИДЫ СОВРЕМЕННОГО ЧЕЛОВЕКА ПРОТИВ ОРГАНОИДОВ НЕАНДЕРТАЛЬЦА. Далее, клетки, взятые от человеческих доноров (см. предыдущий параграф), авторы трансформировали в стволовые, и в этих стволовых клетках с использованием технологии CRISPR/Cas9 они мутировали тот самый нуклеотид, который отличает ген NOVA1 неандертальцев от современных людей. Как упомянуто, эта мутация заменяет аминокислоту изолейцин на валин в молекуле белка, что отражается на его свойствах. Таким образом, были получены два типа органоидов: современного человека и архаичного типа ("неандертальские"). В органоидах обоих типов появились нейроны примерно в одно и то же время. Но! Анализ показал генетические отличия (по сплайсингу, см. выше) "неандертальских" нейронов от "современных" и именно в тех генах, которые отвечают за дифференцировку (развитие) нервных клеток, их пролиферацию (клеточное деление) и синаптическую передачу, что также отражалось на размерах и форме органоидов. Дальше эти органоиды помещали на мультиэлектродную сетку (чем-то напоминающую ту, которую надевают на голову в sci-fi фильмах) для того, чтобы получить электрофизиологическую реплику нейросети, суррогат того, что присутствует в мозге любого из нас. В этих экспериментах органоиды сформированные архаичными (нендертальскими) нейронами показали повышенное количество электрических импульсов, но в то же время пониженный уровень синхронизации, и в целом, демонстрировали высокую вариабельность (нестабильность) генерации электрических импульсов, по сравнению с органоидами современного человека.

Таким образом, в этой интересной работе показано, что специфичная для современного человека мутация в гене NOVA1, произошедшая в момент или сразу после разделения с неандертальцами и денисовцами, вполне очевидно могла иметь функциональные последствия для эволюции нашего вида.

Ссылки

https://science.sciencemag.org/content/371/6530/eaax2537.long

https://m.lenta.ru/news/2021/03/02/neandertalensis/amp/

https://www.frontiersin.org/articles/10.3389/fncel.2020.00108/full


Источник: science.sciencemag.org

Комментарии: