ecoliugy的个人博客分享 http://blog.sciencenet.cn/u/ecoliugy

博文

脑洞大开:你我为何变得如此聪明 精选

已有 4304 次阅读 2015-2-28 18:48 |系统分类:科普集锦|关键词:脑科学,,大脑进化| 脑科学, 大脑进化

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ARHGAP11BARHGAP11B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。



http://blog.sciencenet.cn/blog-300114-870793.html

上一篇:“趁乱打劫”:关注中缅野生动植物贸易
下一篇:幺蛾子也怀旧念念不忘第一抢

22 陈楷翰 李璐 唐华 李颖业 麻庭光 曾杰 王健玲 陈齐风 黄永义 赵克勤 董侠 汪晓军 沈律 刘光银 曹石鼓 李学宽 姚伟 李心诚 杨正瓴 biofans yunmu peosim

该博文允许注册用户评论 请点击登录 评论 (10 个评论)

数据加载中...

Archiver|手机版|科学网 ( 京ICP备14006957 )

GMT+8, 2018-5-24 19:40

Powered by ScienceNet.cn

Copyright © 2007-2017 中国科学报社

返回顶部