Neandertaler-Gene erklären die Rundheit moderner menschlicher Gehirne

Eine aufkeimende Forschung zeigt, dass wir in vielerlei Hinsicht Homo sapiens unterscheiden sich nicht so sehr von unserem nahen Verwandten Homo Neanderthalensis. Wie lebende Menschen schufen Neandertaler Kunst, drückten Kultur aus und kümmerten sich um Mitglieder ihrer Gemeinschaft. Aber wir unterscheiden uns in zwei, möglicherweise miteinander verbundenen, Arten - der Form unserer Schädel und der Tatsache, dass wir nicht ausgestorben sind.

Das liegt daran, dass Schädel, ganz entscheidend, ein Gehirn halten. Moderne menschliche Schädel haben eine runde, kugelförmige Form, während Neandertaler-Schädel verlängert sind. In einer Studie veröffentlicht Mittwoch in Aktuelle Biologie Ein internationales Wissenschaftlerteam identifizierte erstmals die genetischen Faktoren, die wahrscheinlich zu diesen zwingenden Formunterschieden führten. Im Gegenzug haben sie uns einen Schritt näher gebracht, um zu verstehen, was es bedeutet, ein Mitglied unserer eigenen Spezies zu sein.

„Die Motivation für das Studium der einzigartigen Form der menschlichen Gehirnzelle ist, dass sie eine der etabliertesten und klarsten anatomischen Eigenschaften darstellt, die sich auszeichnet Homo sapiens von anderen menschlichen Spezies ", sagte der erste Autor und biologische Anthropologe Philipp Gunz Inverse.

Gunz arbeitet als wissenschaftlicher Mitarbeiter am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie. Schädel, erklärt er, sind Fenster in die Biologie des Gehirns. Wissenschaftler haben gewusst, dass Neandertaler und moderne Menschen Schädel unterschiedlicher Form haben. Da Gehirngewebe jedoch nicht versteinert wird, ist die zugrunde liegende Biologie schwer zu fassen. Daher hat das Team hier einen interdisziplinären Ansatz gewählt, bei dem die Analyse fossiler Schädel mit Gehirnbildgebung und moderner Gensequenzierung kombiniert wurde.

Es ist wichtig zu wissen, dass unser Gehirn nicht immer kugelförmig war. Der älteste Homo sapiens Fossilien, die in Marokko vor rund 300.000 Jahren gefunden wurden, sind endocranial Volumina das fallen in den Bereich der heutigen Menschen, aber endocranial Formen das sind länglich. Das heißt, sie hatten große Gehirne, aber keine runden. Vorangegangene Arbeiten von Gunz zeigen, dass moderne Gehirngrößen vor etwa 300.000 Jahren entstanden sind, aber vor rund 40.000 Jahren kugelförmige Gehirne entstanden sind - etwa zur gleichen Zeit, als die Neandertaler ausstarben.

Gunz sagt, dass die auffällige Veränderung in Homo sapiens endokraniale Formen spiegeln wahrscheinlich "evolutionäre Veränderungen in der Organisation von Strukturen des menschlichen Gehirns wider, vielleicht sogar in der genauen Art und Weise, in der verschiedene Bereiche miteinander verbunden sind".

Um diese Idee auszuloten, entwickelte das Team ein vereinbartes Maß an Globularität, indem es virtuelle Abdrücke des Inneren des Neandertalers und des modernen menschlichen Gehirns erstellte. Anschließend wurde die Globularität des Gehirns von 4.469 lebenden Menschen mithilfe von MRI-Gehirnscans gemessen. Die Wissenschaftler untersuchten auch die DNA dieser Teilnehmer - auf der Suche nach Fragmenten alter DNA des Neandertalers mit der Hoffnung, dass ein Zusammenhang zwischen der Neandertaler-Abstammung und der Gehirnform bestehen könnte. Obwohl Neandertaler ausgestorben sind, lebt ihr genetisches Erbe aufgrund alter Trysts mit anatomisch modernen Menschen weiter.

Die Wissenschaftler entdeckten, dass, obwohl alle lebenden Menschen Schädelformen aufweisen, die sich deutlich von den Neandertaler-Schädeln unterscheiden, die modernen Menschen in ihrem Grad an Globularität des Gehirns variieren. Außerdem entdeckten sie, dass bei lebenden Menschen Neandertaler-DNA-Fragmente auf den Chromosomen 1 und 18 mit korrelieren reduziert Globularität.

"Wie bei anderen Aspekten der Gehirnanatomie wird der Grad der Globularität wahrscheinlich durch die Variation in vielen verschiedenen Genen beeinflusst, von denen jedes einen kleinen Effekt hat", erklärt Gunz. "Die Auswirkungen jedes assoziierten Neandertaler-Fragments waren subtil, aber aufgrund der Verwendung einer großen Stichprobengröße in unserer Studie nachweisbar."

Diese Neandertaler-Fragmente wurden dann mit einer veränderten Genaktivität in Gehirnstrukturgeweben verbunden, einschließlich des Putamens in den Basalganglien und des Kleinhirns. Die Gene, mit denen die Fragmente assoziiert sind, UBR4 und PHLPPI, spielen eine wichtige Rolle bei der Gehirnentwicklung - und es ist wahrscheinlich, dass hier die Verbindung zwischen der Globularität des Gehirns und den Gehirnmechanismen besteht. Die Basalganglien tragen zu kognitiven Funktionen wie dem Lernen und Planen von Fertigkeiten bei, und das Kleinhirn - das 50 Prozent der Neuronen des Gehirns enthält - ist für die Sprachverarbeitung und das Arbeitsgedächtnis von Bedeutung.

Gunz betont, dass die Auswirkungen des Tragens von Neandertaler-Fragmenten, die sich auf die Gehirnform auswirken, bestenfalls subtil sind - und ihre Konzentration auf die Globularität nicht durch "die Idee, dass die Gehirnform etwas über unser Verhalten sagen kann" motiviert ist, während andere Wissenschaftler dies argumentiert haben Die runden, wulstigen Kleinhirns der Menschen haben uns vielleicht ein soziales und kognitives Bein über den Neandertalern beschert. Gunz meint, dass "es keinen Grund gibt, eine direkte Korrelation zwischen der gesamten Gehirnform und dem Verhalten zu erwarten."

Die Ergebnisse deuten jedoch darauf hin, dass Entwicklungsmechanismen wahrscheinlich zur Entwicklung der modernen Gehirnform und -funktion beigetragen haben, sodass wir die gefühlsmäßigen, denkenden Menschen sein können, die wir heute sind. Das Team plant, die mit der Globularität verknüpften Gene weiter zu untersuchen, mit der Hoffnung, dass sie andere Wege aufzeigen werden, in denen dieses Merkmal mit der menschlichen Biologie zusammenhängt. Wir sind die einzigen Menschen auf der Erde - und warum ist immer noch ein Rätsel.