尽管人类与黑猩猩共享超过95%的基因组，但我们的大脑远比它们复杂。加州大学圣巴巴拉分校（UC Santa Barbara）的一项新研究表明，基因表达的差异，而非基因本身的差异，可能是推动人类大脑复杂性进化的关键因素。这项研究特别关注了大脑中不同类型的细胞，尤其是神经胶质细胞（glial cells），揭示了这些细胞在人类智力进化中的重要作用。

这项研究发表在《美国国家科学院院刊》（Proceedings of the National Academy of Sciences, PNAS）上，由UC Santa Barbara生态、进化与海洋生物学系的教授苏金·尹（Soojin Yi）、她的博士生丹尼斯·乔希（Dennis Joshy）以及巴塞罗那医院德尔马医学研究所的加布里埃尔·桑特佩雷（Gabriel Santepere）共同完成。

研究介绍

研究人员发现，虽然人类和黑猩猩的基因编码几乎相同的蛋白质，但人类的许多基因表现出更高的表达水平，即产生更多的mRNA（信使RNA）。mRNA是基因信息的载体，它将DNA中的指令传递给细胞内的机器，从而合成特定的蛋白质。因此，基因表达的差异可以显著影响细胞的功能和特性。

“我们发现，人类大脑细胞中的基因活动水平明显高于黑猩猩。”尹教授解释道。“这表明，基因表达的调控可能在人类大脑的进化中发挥了至关重要的作用。”

传统上，科学家将大脑细胞分为两类：神经元（neurons）和神经胶质细胞。神经元负责传递电化学信号，类似于建筑物中的铜线；而神经胶质细胞则承担着多种支持功能，如绝缘神经元、维持结构稳定和清除废物。

研究方法

在这项研究中，研究人员特别关注了一种名为少突胶质细胞（oligodendrocytes）的神经胶质细胞。少突胶质细胞负责为神经元提供绝缘层，称为髓鞘（myelin），从而使神经信号能够更快、更高效地传递。研究发现，人类少突胶质细胞的基因表达水平显著高于黑猩猩，这可能与人类大脑的神经可塑性和发育速度有关。

“我们怀疑，这种基因表达的差异可能与人类大脑的高可塑性和缓慢发育有关。”尹教授表示。“人类大脑的复杂性不仅仅依赖于神经元的数量和连接，还需要其他细胞类型的支持，尤其是神经胶质细胞。”

通过使用单核测序技术，研究人员能够区分不同类型的脑细胞，并分析每种细胞的基因表达模式。结果显示，大约5-10%的基因在人类和黑猩猩之间存在表达差异，而在考虑细胞亚型后，这一比例上升至12-15%。这表明，每个细胞类型都有其独特的进化路径，并在人类大脑的复杂性发展中发挥了重要作用。

“我们现在可以看到，每个细胞类型都在进化过程中变得高度专业化。”尹教授说道。“这不仅限于神经元，还包括神经胶质细胞和其他支持细胞。”

研究意义

这项研究仅涉及大脑的几个区域，未来的研究将进一步探讨不同脑区之间的基因表达差异。此外，研究人员还计划追溯基因表达差异在更早进化历史中的演变，甚至包括与尼安德特人和丹尼索瓦人等古人类的比较。

“进化不仅仅是改变基因本身，”尹教授总结道。“基因表达的差异才是人类大脑进化的真正驱动力。”

新闻来源：UC Santa Barbara