Neanderthalers vormden minder neuronen – wissenschaft.de
Wat maakt onze geest zo speciaal? Een studie heeft nu aangetoond dat moderne mensen meer neuronen in de hersenen ontwikkelden dan Neanderthalers dankzij het gemodificeerde eiwit: door studies van muizen en gekweekte ‘mini-hersenen’ hebben onderzoekers kunnen aantonen dat het menselijke eiwit TKTL1, in tegenstelling tot Neanderthalers. Als het vrijkomt, leidt het tot verhoogde neurogenese in de zich ontwikkelende frontale kwab van de neocortex, wat cruciaal is voor veel cognitieve vaardigheden.
We begrijpen, plannen en werken samen op een manier die geen enkel ander levend wezen sluw zou kunnen doen: de pure capaciteit van de hersenen is de sleutel geworden tot het succes van onze soort. Maar wat zit er achter de ontwikkeling van de cognitieve superioriteit van de moderne mens? Kortom, het lijkt duidelijk dat het werd geassocieerd met een grotere hersenomvang en dus een verhoogde neurogenese in de context van onze evolutionaire geschiedenis. Een interessante vraag is in hoeverre de hersenen van moderne mensen verschilden van die van hun naaste verwant – Neanderthalers.
Beide soorten hadden hersenen van dezelfde grootte, en recent onderzoek suggereert dat de cognitieve vermogens van Neanderthalers niet zo veel verschilden van die van moderne mensen, althans niet zoveel als eerder werd gedacht. Er kunnen echter enkele verschillen zijn. Het was voorheen onduidelijk in hoeverre een vergelijkbare grootte van de hersenen ook een vergelijkbaar aantal neuronen betekent. Onderzoekers onder leiding van Wieland Huttner van het Max Planck Instituut voor Moleculaire Celbiologie en Genetica (MPI-CBG) in Dresden onderzochten deze vraag. Als basis gebruikten ze het feit dat het genetisch materiaal van Neanderthalers bekend is uit de analyse van fossiel DNA, en dus ook de mate waarin ze andere eiwitten hebben gevormd dan de moderne mens.
Op weg naar de betekenis van verschil
In principe kan worden gezegd dat er maar heel weinig eiwitten zijn die verschillen tussen de twee typen in hun aminozuursequenties – hun bouwstenen. Maar zoals het team van wetenschappers meldde, is er één opvallende uitzondering: het transketolase-achtige eiwit 1 (TKTL1) verschilt in ons en in Neanderthalers door één component: bij moderne mensen bevat het TKTL1-eiwit het aminozuur arginine op een specifieke sequentiepositie , terwijl de verwante lysine wordt gevonden in Neanderthaler TKTL1. Een interessant aspect is dat het al bekend is dat TKTL1 zich vormt in de foetale neocortex in de voorlopercellen waarvan alle corticale neuronen zijn afgeleid.
Als onderdeel van hun studie hebben de wetenschappers nu het belang bestudeerd van het kleine verschil tussen de twee TKTL1-transcripten voor de ontwikkeling van de neocortex. Muizen werden aanvankelijk als model gebruikt: de onderzoekers gebruikten genetische manipulatiemethoden om ervoor te zorgen dat TKTL1 werd gevormd in de neocortex van knaagdierembryo’s. De ene groep was de menselijke versie van het eiwit, terwijl de andere groep de Neanderthaler-versie was. Ze ontdekten dat de menselijke variant van TKTL1 meer radiale basale glia produceerde – het type moderne corticale voorlopercel waarvan wordt aangenomen dat het de drijvende kracht is achter een groter brein. Maar met de Neanderthaler-versie reproduceerden deze cellen zich niet. Als gevolg hiervan werd een relatief groter aantal neuronen ontwikkeld in de hersenen van muizenembryo’s met humaan TKTL1.
Minder neuronen die het Neanderthaler-eiwit bevatten
De onderzoekers stapten vervolgens over op een meer humaan modelsysteem: ze voerden experimenten uit op de zogenaamde hersenorganoïden. Dit zijn miniatuur orgelachtige structuren gemaakt van neuraal weefsel dat in het laboratorium is gegroeid uit menselijke stamcellen. In sommige van deze hersenorganellen vervingen wetenschappers de arginine in het moderne menselijke TKTL1-eiwit door lysine, een kenmerk van Neanderthaler TKTL1. Vervolgens onderzochten ze hoe deze ‘Neanderthalers’ de evolutie van menselijke ‘mini-hersenen’ beïnvloedden.
“We ontdekten dat met het primitieve type aminozuren in TKTL1 minder basale radiale glia-cellen werden geproduceerd dan met het moderne menselijke type, en dus minder neuronen”, meldt eerste auteur Anneline Pinson van MPI-CBG. Het onderzoeksteam kreeg ook aanwijzingen over hoe TKTL1 de moderne mens beïnvloedt: het veroorzaakt blijkbaar veranderingen in het metabolisme, met name door de zogenaamde pentosefosfaatroute te stimuleren, gevolgd door verhoogde vetzuursynthese. Uiteindelijk zal eiwit waarschijnlijk de synthese van sommige membraanlipiden verhogen. Deze spelen op hun beurt een rol bij de proliferatie van radiale basale glia, wat leidt tot verhoogde productie van neuronen, legden de onderzoekers uit.
“Op basis van onze resultaten zou men kunnen veronderstellen dat neuronen in de neocortex tijdens de ontwikkeling van de foetus groter waren bij moderne mensen dan bij Neanderthalers, vooral in de frontale kwab”, vat Hotner de resultaten samen. “Het is heel aannemelijk dat dit de cognitieve vermogens van de moderne mens, die gebaseerd zijn op de frontale kwab, heeft verbeterd”, zegt de wetenschapper.
Bron: Max Planck Instituut voor Moleculaire Celbiologie en Genetica, artikel: Wetenschap, doi: 10.1126 / science.abl6422
“Analist. Schepper. Zombiefanaat. Fervente reisjunkie. Popcultuurexpert. Alcoholfan.”