Science：单一基因的改变将现代人类与尼安德特人区分开来？

人类进化通常被认为是一种古老现象，似乎只发生在数百万年前的人类祖先身上。然而，进化遗传学家发现，由于基因突变和自然选择，人类进化仍在继续。简单的进化指的是基因突变（DNA复制过程中基因发生的正常改变）。基因突变在人类中是偶然发生的，因为父母会将携带某些特定性状的基因遗传给后代。这些基因传递可能通过自然选择而发生，优势基因的携带者能够更好地生存、适应环境以及繁殖后代。从人类依靠两只脚直立行走到鸟类张开翅膀飞行，每一种生物的适应性最终都可以追溯到自然选择：一代代优势基因的遗传。

尼安德特人和丹尼索瓦人生活在大约260万至11700年前，在进化的历史长河中，包括尼安德特人和丹尼索瓦人在内，许多人类近亲都灭绝了，只留下我们依旧生活繁衍在这个世界上。这究竟只是单纯的幸运，抑或我们有着什么得天独厚的优势？

进化研究主要依靠遗传学和化石分析来探索一个物种如何随着时间的推移而变化。但这两种方法都不能揭示很多关于大脑发育和功能的信息，因为大脑不会成为化石，也没有实物记录可供研究。

加州大学圣地亚哥医学院的儿科和细胞与分子医学教授Alysson R. Muotri博士长期以来一直在研究大脑是如何发育的，以及神经系统疾病的问题所在。与此同时，也对人类大脑的进化感到好奇，是什么改变了我们，我们的大脑是如何进化的？

鉴于无大脑化石实物,Muotri用干细胞进行研究,干细胞是其他细胞类型的自我更新前体,可用于构建脑器官--实验室皿中的 "迷你大脑"，是一种不常应用于进化重建的工具。Muotri及其同事率先使用干细胞将人类与其他灵长类动物（如黑猩猩和倭黑猩猩）进行比较。研究结果与今年2月11日发表在《科学》（Science）上。

Reintroduction of the archaic variant of NOVA1 in cortical organoids alters neurodevelopment.DOI: 10.1126/science.aax2537

Muotri的团队分析了来自现代人类与尼安德特人和丹尼索瓦人的基因组之间的差异，找到了61个不同的基因，其中NOVA1是主要的基因调节器，能影响大脑发育过程中其他基因的剪接。

NOVA1基因.

在NOVA1基因上的变异，会让我们与其他人类近亲的大脑出现不一样的地方吗？为了回答这个问题，Muotri团队使用CRISPR基因编辑技术，对现代人类的干细胞进行了编辑，引入了尼安德特人NOVA1基因中的变异，模拟了"尼安德特人化 "的大脑器官体。

该脑器官体是由干细胞形成的小脑细胞群，尽管缺乏与其他系统器官连接，并不具备任何功能，但是脑器官体是研究遗传学、疾病发展、对感染和治疗药物的反应的有用模型。Muotri的团队优化了大脑器官体的制造过程，以实现类似于人类大脑产生的有组织的电振荡波。

尼安德特人基因可改变现代人脑类器官中的神经发育

尼安德特人化的大脑与现代人类的大脑仅肉眼看起来就区别很大，形状明显不同。进一步研究发现，现代人和尼安德特人化的大脑在细胞增殖的方式和突触--神经元之间的连接--的形成方式上也有不同，甚至参与突触的蛋白质也有所不同。而且在“类尼安德特人”的大脑类器官发育过程中，电脉冲信号存在不同步的现象。

Muotri表示，“我们不知道在进化的过程中，这个改变如何出现，以及何时出现。但它看起来很重要，也可以解释我们现代人的一些社会行为、语言、适应性、创造力、以及使用科技的能力等。"

未来，研究人员们计划对剩下60个基因做进一步的分析。也许在其中，还蕴藏着其他让我们成为现代人类的秘密。

期待这种干细胞生物学、神经科学和古基因组学的新组合。能够利用携带祖先遗传变异的脑器官组织，将现代人类的比较方法应用于其他已灭绝的类人猿，如尼安德特人和丹尼索瓦人，这是一个全新的研究领域。

原始出处：

Cleber A. Trujillo, Edward S. Rice, Nathan K. Schaefer,‡, Isaac A. Chaim, Emily C. Wheeler, Assael A. Madrigal, et al. Reintroduction of the archaic variant of NOVA1 in cortical organoids alters neurodevelopment. Science, 2021 DOI: 10.1126/science.aax2537