Duplikacje genetyczne przyśpieszyły rozwój mózgów naszych przodków?

Dwa uzupełniające się badania, opublikowane w tym samym czasie, pokazują interesującą rzecz: duplikacja genu mogła pomóc naszym dalekim, dalekim przodkom (sprzed 2 500 000 lat) w rozwinięciu bardziej wydajnego mózgu, a także na przekazanie go innym generacjom. Ale jeśli tak jest naprawdę, to jeden jedyny gen nie może przecież wyjaśniać całego „uczłowieczania” człowieka.

Błędy są zawsze możliwe

Kiedy enzymy odpowiedzialne za replikację DNA kopiują miliardy nukleotydów zawartych w każdej komórce, może się zdarzyć, wyjątkowo, że jakiś gen zostanie replikowany podwójnie, a druga wersja wślizguje się w sam środek długiej sekwencji.

Od sześciu milionów lat, które oddzielają nas od naszego ostatniego przodka wspólnego z szympansami, do tego procesu doszło jakieś trzydzieści razy. Tak zdarzyło się przede wszystkim genowi Srgap2, który przyczynia się do rozwoju kory nowej, która jest strukturą mózgu przede wszystkim związaną z językiem i świadomością.

Istnieje on aż w czterech wersjach w komórkach ludzkich. Wszystkie te warianty nosi chromosom 1.

Źródłowy gen Srgap2a został skopiowany podwójnie po raz pierwszy jakieś 3 400 000 lat temu, w gen Srgap2b. A ten ostatni został dwa razy podwójnie skopiowany: 2 400 000 lat temu w gen Srgap2c oraz 1 000 000 lat temu w gen Srgap2b.

Gen Srgap2, kluczowy gen

W badaniu, które zostało opublikowane w przeglądzie naukowym Cell, zespół badaczy z uniwersytetu Waszyngtona w Seattle przestudiował z bliska różne wersje genu, które za każdym razem odpowiadały wersjom „okrojonym” w stosunku od przodka. A jednak, nie przeszkadza to genowi Srgap2c w kodowaniu proteiny funkcjonalnej.

Ten sam gen został znaleziony w każdym z 2 000 genomów, które badacze przetestowali, a to podkreśla jego znaczenie, a nawet jego niezbędny charakter.

Co jeszcze bardziej interesujące: data jego pojawienia się. Badacze oceniają, że zintegrował się on z genomem ludzkim jakieś 2 400 000 lat temu, u naszych przodków. I to właśnie w tej epoce, pierwsi ludzie, zwani Homo habilis, również się pojawili, wymyślając pierwsze kamienne narzędzia.

Czy to ma jakiś związek? Dlaczego nie, jak sugeruje drugie badanie, opublikowane w tym samym przeglądzie naukowym.

Badanie to zostało przeprowadzone przez naukowców z instytutu badawczego Scripps Research Institute w La Jolla w Kalifornii. Naukowcy tutaj zauważyli, że proteina SRGAP2C hamuje działanie swojego przodka SGRAP2A.

Lepsze połączenia w mózgu

Ten ludzki gen został więc wprowadzony do genomu rozwijającej się myszy. Co zadziwiające, mózg myszy zaczął się rozwijać o wiele wolniej, ale przełożyło się to na zwiększenie o jakieś 50% - 60% liczby dendrytów, czyli połączeń między neuronami.

Jeżeli zwiększymy całkowitą liczbę połączeń, prawdopodobnie zwiększymy też zdolności mózgu do przetwarzania informacji, mówi Franck Polleux, kierujący tymi badaniami. To tak, jakbyśmy zwiększyli liczbę procesorów w komputerze. A jednak, globalnie, wielkość mózgu się nie zmienia.

Z drugiej strony, gen Srgap2c może zwiększać prędkość migracji neuronów w tym organie. Jak uważają autorzy tego badania, zdolność ta mogła pomóc neuronom w przemieszczaniu się na długie dystanse w większych mózgach pierwszych ludzi oraz ich następców, jeżeli popatrzymy w kontekście prehistorycznym na ich pojawienie się.

Akutalnie, naukowcy z instytutu badawczego Scripps Research Institute planują przebadać działanie tego genu u pazurczatki, która jest przedstawicielem ssaków naczelnych.

Jednakże, ten monogeniczny model nie może wyjaśniać przecież lepszych umiejętności intelektualnych, a więc na pewno „uczłowieczenie” człowieka jest sprawą o wiele bardziej skomplikowaną. Jak wyjaśniają obydwie amerykańskie ekipy naukowe, nie ma co do tego żadnych wątpliwości. Jednakże, gen Srgap2c być może jest jedną z licznych modyfikacji genetycznych, które przyczyniły się do ewolucji człekoształtnych do istot ludzkich.