Πώς εξελίχθηκαν οι άνθρωποι, υπερμεγέθη εγκεφάλους
Εκεί ήταν, καθισμένος στο τζάμι και την κοιτούσε με κούφια μάτια και ένα γυμνό χαμόγελο. Δεν μπορούσε να σταματήσει να κοιτάζει πίσω. Έμοιαζε ευδιάκριτα με το απολιθωμένο κρανίο ενός εξαφανισμένου μπαμπουίνου. Αυτό ήταν κάτι που πιθανότατα ήξερε η Josephine Salmons. Εκείνη την εποχή - 1924 - ήταν μια από τις μοναδικές φοιτήτριες ανατομίας που φοιτούσαν στο Πανεπιστήμιο του Witwatersrand στη Νότια Αφρική. Τη συγκεκριμένη ημέρα επισκεπτόταν τον φίλο της Πατ Ίζοντ, του οποίου ο πατέρας διαχειριζόταν μια εταιρεία λατομείου που είχε ανασκάψει ασβεστόλιθο κοντά στην πόλη Taung. Οι εργάτες είχαν αποκαλύψει πολλά απολιθώματα κατά τη διάρκεια της ανασκαφής και οι Izods το είχαν κρατήσει ως ενθύμιο. Η Salmons έφερε νέα για το κρανίο στον καθηγητή της, Raymond Dart, έναν ανθρωπολόγο με ιδιαίτερο ενδιαφέρον για τον εγκέφαλο. Ήταν δύσπιστος. Πολύ λίγα απολιθώματα πρωτευόντων είχαν αποκαλυφθεί τόσο νότια στην Αφρική. Εάν η τοποθεσία Taung στεγαζόταν πραγματικά τέτοια απολιθώματα, θα ήταν ένας ανεκτίμητος θησαυρός. Το επόμενο πρωί ο Salmons έφερε την Dart το κρανίο και μπορούσε να δει ότι είχε δίκιο:Το κρανίο ήταν αναμφισβήτητα πιθηματικό.
Ο Dart κανόνισε αμέσως να του σταλούν άλλα απολιθώματα πρωτευόντων από το λατομείο Taung. Αργότερα το ίδιο έτος, καθώς ετοιμαζόταν να παρευρεθεί στον γάμο ενός στενού φίλου, έλαβε ένα μεγάλο κλουβί. Ένα από τα δείγματα που περιείχε ήταν τόσο μαγευτικό που κόντεψε να χάσει την τελετή. Ήρθε σε δύο κομμάτια:ένα φυσικό ενδοκαμπτήριο - το απολιθωμένο καλούπι του εσωτερικού κρανίου, που διατηρεί την τοπογραφία του εγκεφάλου - και το αντίστοιχο σκελετικό του πρόσωπο, με κόγχες ματιών, μύτη, σαγόνι και δόντια άθικτα. Ο Dart παρατήρησε αμέσως ότι αυτό ήταν το απολίθωμα ενός εξαφανισμένου πιθήκου, όχι ενός πιθήκου. Τα δόντια υποδήλωναν ότι το άτομο είχε πεθάνει σε ηλικία περίπου 6 ετών. Το σημείο όπου ο νωτιαίος μυελός είχε ενωθεί με το κρανίο ήταν πολύ μπροστά για έναν περιπατητή με αρθρώσεις, υποδηλώνοντας διποδισμό. Και το endocast, το οποίο ήταν λίγο πολύ μεγάλο για έναν μη ανθρώπινο πίθηκο εκείνης της ηλικίας, είχε χαρακτηριστικά επιφανείας χαρακτηριστικά ενός ανθρώπινου εγκεφάλου. Μετά από περαιτέρω μελέτη, ο Dart κατέληξε σε ένα τολμηρό συμπέρασμα:αυτό ήταν το απολίθωμα ενός προηγουμένως άγνωστου προγόνου των σύγχρονων ανθρώπων — Australopithecus africanus , ο «Άνθρωπος-πίθηκος της Νότιας Αφρικής».
Στην αρχή, η ευρύτερη επιστημονική κοινότητα καταδίκασε την πρόταση του Dart. Εάν το παιδί Taung, όπως ήταν το παρατσούκλι του απολιθώματος, ανήκε αληθινά σε ανθρωπίνη, σίγουρα θα είχε πολύ μεγαλύτερο εγκέφαλο. Το κρανίο του ήταν λίγο μεγαλύτερο από αυτό ενός χιμπατζή, αλλά όχι πολύ. Εξάλλου, γενικά πιστευόταν ότι οι άνθρωποι είχαν εξελιχθεί στην Ασία και όχι στην Αφρική. Η «παράλογα μικροσκοπική» εικονογράφηση που συνοδεύει τη Φύση του Dart του 1925 το χαρτί και η αρχική κτητικότητα του δείγματος δεν βοήθησαν τα πράγματα. Τελικά, όμως, καθώς εξέχοντες ειδικοί έβλεπαν μόνοι τους το παιδί Taung και παρόμοιες ανακαλύψεις απολιθωμάτων ήρθαν στο φως, οι συμπεριφορές άρχισαν να αλλάζουν. Μέχρι τη δεκαετία του 1950, οι ανθρωπολόγοι είχαν αποδεχτεί ότι η Taung ήταν πράγματι μια ανθρωπίνη και ότι ο εξαιρετικά μεγάλος εγκέφαλος δεν ήταν πάντα το χαρακτηριστικό γνώρισμα των ανθρώπων. Ο Dean Falk, καθηγητής ανθρωπολογίας στο κρατικό πανεπιστήμιο της Φλόριντα και ειδικός στην εξέλιξη του εγκεφάλου, έχει αποκαλέσει το παιδί Taung «ένα από τα πιο (αν όχι το οι περισσότερες) σημαντικές ανακαλύψεις των ανθρωπίνων του 20ου αιώνα.»
Στις επόμενες δεκαετίες, ανακαλύπτοντας και συγκρίνοντας άλλα απολιθωμένα κρανία και ενδοκαστήματα, οι παλαιοντολόγοι τεκμηρίωσαν μια από τις πιο δραματικές μεταβάσεις στην ανθρώπινη εξέλιξη. Θα μπορούσαμε να το ονομάσουμε Brain Boom. Οι άνθρωποι, οι χιμπατζήδες και τα μπονόμπο χώρισαν από τον τελευταίο κοινό τους πρόγονο πριν από 6 έως 8 εκατομμύρια χρόνια. Για τα επόμενα μερικά εκατομμύρια χρόνια, οι εγκέφαλοι των πρώιμων ανθρωπίνων δεν μεγάλωσαν πολύ περισσότερο από εκείνους των προγόνων και των ξαδέλφων μας πιθήκων. Ωστόσο, ξεκινώντας πριν από περίπου 3 εκατομμύρια χρόνια, ο εγκέφαλος των ανθρωπίνων άρχισε μια τεράστια επέκταση. Μέχρι το είδος μας, Homo sapiens , που εμφανίστηκε πριν από περίπου 200.000 χρόνια, ο ανθρώπινος εγκέφαλος είχε διογκωθεί από περίπου 350 γραμμάρια σε περισσότερα από 1.300 γραμμάρια. Σε αυτό το σπριντ των 3 εκατομμυρίων ετών, ο ανθρώπινος εγκέφαλος σχεδόν τετραπλασίασε το μέγεθος που είχαν αποκτήσει οι προκάτοχοί του κατά τα προηγούμενα 60 εκατομμύρια χρόνια εξέλιξης των πρωτευόντων.
Τα απολιθώματα καθιέρωσαν το Brain Boom ως γεγονός. Αλλά δεν μας λένε σχεδόν τίποτα για το πώς και γιατί ο ανθρώπινος εγκέφαλος μεγάλωσε τόσο γρήγορα. Υπάρχουν πολλές θεωρίες, φυσικά, ειδικά σχετικά με το γιατί:όλο και πιο περίπλοκα κοινωνικά δίκτυα, μια κουλτούρα που βασίζεται στη χρήση εργαλείων και τη συνεργασία, η πρόκληση της προσαρμογής σε ένα υδράργυρο και συχνά σκληρό κλίμα - οποιαδήποτε ή όλες αυτές οι εξελικτικές πιέσεις θα μπορούσαν να έχουν επιλεγεί για μεγαλύτερο μυαλό.
Αν και αυτές οι δυνατότητες είναι συναρπαστικές, είναι εξαιρετικά δύσκολο να δοκιμαστούν. Τα τελευταία οκτώ χρόνια, ωστόσο, οι επιστήμονες άρχισαν να απαντούν στο «πώς» της επέκτασης του ανθρώπινου εγκεφάλου - δηλαδή στο ερώτημα πώς συνέβη η υπερμεγέθυνση σε κυτταρικό επίπεδο και πώς η ανθρώπινη φυσιολογία αναδιαμορφώθηκε για να φιλοξενήσει μια δραματικά διευρυμένη και ενεργειακή καταιγιστικός εγκέφαλος. «Όλα ήταν εικασίες μέχρι τώρα, αλλά επιτέλους έχουμε τα εργαλεία για να αποκτήσουμε πραγματικά κάποια έλξη», δήλωσε ο Gregory Wray, ένας εξελικτικός βιολόγος στο Πανεπιστήμιο Duke. «Τι είδους μεταλλάξεις συνέβησαν και τι έκαναν; Αρχίζουμε να λαμβάνουμε απαντήσεις και μια βαθύτερη εκτίμηση για το πόσο περίπλοκη ήταν αυτή η διαδικασία."
Τι κάνει τον ανθρώπινο εγκέφαλο ξεχωριστό
Ένας επιστήμονας, συγκεκριμένα, έχει μεταμορφώσει τον τρόπο με τον οποίο οι ερευνητές υπολογίζουν το μέγεθος του εγκεφάλου. Αντί να προσηλώνει τη μάζα ή τον όγκο ως υποκατάστατο της εγκεφαλικής δύναμης, έχει επικεντρωθεί στην καταμέτρηση των συστατικών μερών του εγκεφάλου.
Στο εργαστήριό της στο Ινστιτούτο Βιοϊατρικών Επιστημών στο Ομοσπονδιακό Πανεπιστήμιο του Ρίο ντε Τζανέιρο, η Suzana Herculano-Houzel διαλύει τακτικά τους εγκεφάλους σε μια σούπα πυρήνων - δωμάτια γενετικού ελέγχου των κυττάρων. Κάθε νευρώνας έχει έναν πυρήνα. Προσθέτοντας ετικέτες στους πυρήνες με φθορίζοντα μόρια και μετρώντας τη λάμψη, μπορεί να πάρει μια ακριβή καταμέτρηση μεμονωμένων εγκεφαλικών κυττάρων. Χρησιμοποιώντας αυτή τη μέθοδο σε μια μεγάλη ποικιλία εγκεφάλων θηλαστικών, έδειξε ότι, αντίθετα με τις μακροχρόνιες υποθέσεις, οι μεγαλύτεροι εγκέφαλοι θηλαστικών δεν έχουν πάντα περισσότερους νευρώνες και αυτοί που έχουν δεν κατανέμονται πάντα με τον ίδιο τρόπο. P>
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος έχει συνολικά 86 δισεκατομμύρια νευρώνες:69 δισεκατομμύρια στην παρεγκεφαλίδα, ένα πυκνό εξόγκωμα στο πίσω μέρος του εγκεφάλου που βοηθά στην ενορχήστρωση βασικών σωματικών λειτουργιών και κινήσεων. 16 δισεκατομμύρια στον εγκεφαλικό φλοιό, το παχύ στέμμα του εγκεφάλου και την έδρα των πιο εξελιγμένων νοητικών μας ταλέντων, όπως η αυτογνωσία, η γλώσσα, η επίλυση προβλημάτων και η αφηρημένη σκέψη. και 1 δισεκατομμύριο στο εγκεφαλικό στέλεχος και τις επεκτάσεις του στον πυρήνα του εγκεφάλου. Αντίθετα, ο εγκέφαλος του ελέφαντα, που είναι τρεις φορές μεγαλύτερος από τον δικό μας, έχει 251 δισεκατομμύρια νευρώνες στην παρεγκεφαλίδα του, κάτι που βοηθά στη διαχείριση ενός γιγαντιαίου, ευέλικτου κορμού και μόνο 5,6 δισεκατομμύρια στον φλοιό του. Η εξέταση της μάζας ή του όγκου του εγκεφάλου από μόνη της καλύπτει αυτές τις σημαντικές διακρίσεις.
Με βάση τις μελέτες της, η Herculano-Houzel κατέληξε στο συμπέρασμα ότι τα πρωτεύοντα εξέλιξαν έναν τρόπο να συσσωρεύουν πολύ περισσότερους νευρώνες στον εγκεφαλικό φλοιό από ό,τι άλλα θηλαστικά. Οι μεγάλοι πίθηκοι είναι μικροσκοπικοί σε σύγκριση με τους ελέφαντες και τις φάλαινες, ωστόσο οι φλοιοί τους είναι πολύ πιο πυκνοί:οι ουρακοτάγκοι και οι γορίλες έχουν 9 δισεκατομμύρια φλοιώδεις νευρώνες και οι χιμπατζήδες έχουν 6 δισεκατομμύρια. Από όλους τους μεγάλους πιθήκους, έχουμε τους μεγαλύτερους εγκεφάλους, οπότε βγαίνουμε στην κορυφή με τους 16 δισεκατομμύρια νευρώνες μας στον φλοιό. Στην πραγματικότητα, οι άνθρωποι φαίνεται να έχουν τους περισσότερους φλοιώδεις νευρώνες από οποιοδήποτε είδος στη Γη. «Αυτή είναι η πιο ξεκάθαρη διαφορά μεταξύ ανθρώπινου και μη ανθρώπινου εγκεφάλου», λέει ο Herculano-Houzel. Είναι όλα σχετικά με την αρχιτεκτονική, όχι μόνο το μέγεθος.
Ο ανθρώπινος εγκέφαλος είναι επίσης μοναδικός στην αξεπέραστη λαιμαργία του. Αν και αποτελεί μόνο το 2 τοις εκατό του σωματικού βάρους, ο ανθρώπινος εγκέφαλος καταναλώνει το επιβλητικό 20 τοις εκατό της συνολικής ενέργειας του σώματος σε κατάσταση ηρεμίας. Αντίθετα, ο εγκέφαλος του χιμπατζή χρειάζεται μόνο τα μισά. Οι ερευνητές αναρωτιόντουσαν εδώ και καιρό πώς το ανθρώπινο σώμα προσαρμόστηκε για να συντηρήσει ένα τόσο μοναδικά αρπακτικό όργανο. Το 1995, η ανθρωπολόγος Leslie Aiello και ο εξελικτικός βιολόγος Peter Wheeler πρότειναν την «υπόθεση του ακριβού ιστού» ως πιθανή απάντηση. Η υποκείμενη λογική είναι ξεκάθαρη:η εξέλιξη του ανθρώπινου εγκεφάλου πιθανότατα απαιτούσε μεταβολικό συμβιβασμό. Προκειμένου να αναπτυχθεί ο εγκέφαλος, άλλα όργανα, δηλαδή το έντερο, έπρεπε να συρρικνωθούν και η ενέργεια που τυπικά θα πήγαινε στο δεύτερο ανακατευθυνόταν στο πρώτο. Για στοιχεία, επισήμαναν δεδομένα που δείχνουν ότι τα πρωτεύοντα με μεγαλύτερο εγκέφαλο έχουν μικρότερα έντερα.
Λίγα χρόνια αργότερα, ο ανθρωπολόγος Richard Wrangham βασίστηκε σε αυτήν την ιδέα, υποστηρίζοντας ότι η εφεύρεση της μαγειρικής ήταν ζωτικής σημασίας για την εξέλιξη του ανθρώπινου εγκεφάλου. Τα μαλακά, μαγειρεμένα φαγητά είναι πολύ πιο εύκολα στην πέψη από τα σκληρά ωμά, αποδίδοντας περισσότερες θερμίδες για λιγότερη γαστρεντερική εργασία. Ίσως, λοιπόν, η εκμάθηση της μαγειρικής επέτρεψε ένα φούσκωμα του ανθρώπινου εγκεφάλου σε βάρος του εντέρου. Άλλοι ερευνητές έχουν προτείνει ότι παρόμοιες ανταλλαγές μπορεί να έχουν συμβεί μεταξύ εγκεφάλου και μυών, δεδομένου του πόσο ισχυρότεροι είναι οι χιμπατζήδες από τους ανθρώπους.
Συλλογικά, αυτές οι υποθέσεις και οι παρατηρήσεις της σύγχρονης ανατομίας είναι επιτακτικές. Αλλά βασίζονται στον απόηχο των βιολογικών αλλαγών που πιστεύεται ότι συνέβησαν πριν από εκατομμύρια χρόνια. Για να είμαστε σίγουροι για το τι συνέβη, για να εντοπίσουμε με ακρίβεια τις φυσιολογικές προσαρμογές που κατέστησαν δυνατή την εξελικτική ανάπτυξη του εγκεφάλου, θα πρέπει να βουτήξουμε πιο βαθιά από τη σάρκα, στο ίδιο το γονιδίωμά μας.
Πώς τα γονίδια χτίζουν τον εγκέφαλο
Πριν από περίπου οκτώ χρόνια, ο Wray και οι συνεργάτες του άρχισαν να ερευνούν μια οικογένεια γονιδίων που επηρεάζουν την κίνηση της γλυκόζης στα κύτταρα που θα χρησιμοποιηθούν ως ενέργεια. Ένα μέλος της οικογένειας των γονιδίων είναι ιδιαίτερα ενεργό στον εγκεφαλικό ιστό, ενώ ένα άλλο είναι πιο ενεργό στους μυς. Εάν το μέγεθος του ανθρώπινου εγκεφάλου απαιτούσε μια μεταβολική ανταλλαγή μεταξύ του εγκεφαλικού ιστού και των μυών, τότε αυτά τα γονίδια θα πρέπει να συμπεριφέρονται διαφορετικά στους ανθρώπους και τους χιμπατζήδες.
Ο Wray και η ομάδα του συνέλεξαν δείγματα εγκεφάλου, μυών και ήπατος από νεκρούς ανθρώπους και χιμπατζήδες και προσπάθησαν να μετρήσουν τη γονιδιακή δραστηριότητα σε κάθε δείγμα. Όταν ένα κύτταρο «εκφράζει» ένα γονίδιο, μεταφράζει το DNA πρώτα σε μια αλληλουχία αγγελιαφόρου RNA (mRNA) και στη συνέχεια σε μια αλυσίδα αμινοξέων που σχηματίζει μια πρωτεΐνη. Τα ποικίλα επίπεδα διαφορετικών mRNA μπορούν επομένως να παρέχουν ένα στιγμιότυπο της γονιδιακής δραστηριότητας σε έναν συγκεκριμένο τύπο ιστού.
Η ομάδα του Wray εξήγαγε mRNA από τους ιστούς και το ενίσχυσε πολλές φορές στο εργαστήριο για να μετρήσει τη σχετική αφθονία διαφορετικών mRNAs. Διαπίστωσαν ότι το γονίδιο μεταφοράς γλυκόζης με επίκεντρο τον εγκέφαλο ήταν 3,2 φορές πιο ενεργό στον ανθρώπινο εγκεφαλικό ιστό από ό,τι στον εγκέφαλο του χιμπατζή, ενώ το μυοκεντρικό γονίδιο ήταν 1,6 φορές πιο ενεργό στους μυς του χιμπατζή από ό,τι στον ανθρώπινο μυ. Ωστόσο, τα δύο γονίδια συμπεριφέρθηκαν παρόμοια στο ήπαρ και των δύο ειδών.
Δεδομένου ότι οι αλληλουχίες γονιδίων ανθρώπου και χιμπατζή είναι σχεδόν πανομοιότυπες, κάτι άλλο πρέπει να εξηγήσει τη μεταβλητή συμπεριφορά τους. Ο Wray και οι συνεργάτες του βρήκαν μερικές ενδιαφέρουσες διαφορές μεταξύ των αντίστοιχων ρυθμιστικών αλληλουχιών των γονιδίων - τμήματα DNA που διεγείρουν ή καταπνίγουν τη γονιδιακή δραστηριότητα. Στους ανθρώπους, αλλά όχι στους χιμπατζήδες, οι ρυθμιστικές αλληλουχίες για τα γονίδια μεταφοράς γλυκόζης με εστίαση στους μύες και στον εγκέφαλο είχαν συσσωρεύσει περισσότερες μεταλλάξεις από ό,τι θα περίμενε κανείς τυχαία, υποδεικνύοντας ότι αυτές οι περιοχές είχαν υποστεί επιταχυνόμενη εξέλιξη. Με άλλα λόγια, υπήρχε μια ισχυρή εξελικτική πίεση για την τροποποίηση των ανθρώπινων ρυθμιστικών περιοχών με τρόπο που αποσπούσε ενέργεια από τους μυς και τη διοχέτευε στον εγκέφαλο. Τα γονίδια είχαν επιβεβαιώσει την υπόθεση του ακριβού ιστού με τρόπο που τα απολιθώματα δεν θα μπορούσαν ποτέ.
Πέρυσι, η υπολογιστική βιολόγος Kasia Bozek, η οποία τώρα εργάζεται στο Ινστιτούτο Επιστήμης και Τεχνολογίας της Οκινάουα στην Ιαπωνία, δημοσίευσε μια παρόμοια μελέτη που εξέτασε τον μεταβολισμό από διαφορετική οπτική γωνία. Εκτός από την εξέταση της γονιδιακής έκφρασης, η Bozek και οι συνεργάτες της ανέλυσαν επίπεδα μεταβολιτών, μια διαφορετική ομάδα μικρών μορίων που περιλαμβάνει σάκχαρα, νουκλεϊκά οξέα και νευροδιαβιβαστές. Πολλοί μεταβολίτες είτε είναι απαραίτητοι για το μεταβολισμό είτε παράγονται από αυτόν. Τα διαφορετικά όργανα έχουν διακριτά προφίλ μεταβολιτών, ανάλογα με το τι κάνουν και πόση ενέργεια απαιτούν. Γενικά, τα επίπεδα μεταβολιτών στα όργανα των στενά συγγενών ειδών είναι περισσότερο συγχρονισμένα από τα επίπεδα μεταξύ ειδών που σχετίζονται με απόσταση. Ο Bozek διαπίστωσε ότι τα προφίλ μεταβολιτών των νεφρών ανθρώπων και χιμπατζήδων, για παράδειγμα, ήταν αρκετά παρόμοια. Ωστόσο, η διακύμανση μεταξύ των επιπέδων μεταβολίτη του χιμπατζή και του ανθρώπινου εγκεφάλου ήταν τέσσερις φορές υψηλότερη από ό,τι θα αναμενόταν βάσει ενός τυπικού ρυθμού εξέλιξης. οι μεταβολίτες των μυών διέφεραν από τα αναμενόμενα επίπεδα κατά επτά. «Ένα μόνο γονίδιο μπορεί πιθανώς να ρυθμίσει πολλούς μεταβολίτες», είπε ο Bozek. "Έτσι, ακόμα κι αν η διαφορά δεν είναι τεράστια σε επίπεδο γονιδίου, θα μπορούσατε να έχετε μεγάλη διαφορά στα επίπεδα του μεταβολίτη."
Στη συνέχεια, η Bozek και οι συνάδελφοί της έβαλαν αντιμέτωπους 42 ανθρώπους, συμπεριλαμβανομένων μπασκετμπολίστες κολεγίων και επαγγελματίες ορειβάτες βράχου, με χιμπατζήδες και μακάκους σε μια δοκιμασία δύναμης. Όλα τα πρωτεύοντα θηλαστικά έπρεπε να τραβήξουν προς το μέρος τους ένα συρόμενο ράφι με βάρη. Λαμβάνοντας υπόψη το μέγεθος και το βάρος του σώματος, οι χιμπατζήδες και οι μακάκοι ήταν δύο φορές πιο δυνατοί από τους ανθρώπους. Δεν είναι απολύτως σαφές γιατί, αλλά είναι πιθανό τα ξαδέρφια των πρωτευόντων μας να παίρνουν περισσότερη δύναμη από τους μύες τους από ό,τι εμείς από τους δικούς μας, επειδή τροφοδοτούν τους μυς τους περισσότερη ενέργεια. «Σε σύγκριση με άλλα πρωτεύοντα θηλαστικά, χάσαμε τη μυϊκή μας δύναμη για να εξοικονομήσουμε ενέργεια για τον εγκέφαλό μας», είπε ο Bozek. «Δεν σημαίνει ότι οι μύες μας είναι εγγενώς πιο αδύναμοι. Μπορεί απλώς να έχουμε διαφορετικό μεταβολισμό.”
Εν τω μεταξύ, ο Wray είχε στραφεί στη συνάδελφό του από τον Duke Debra Silver, ειδικό στην ανάπτυξη του εμβρυϊκού εγκεφάλου, για να ξεκινήσει ένα πρωτοποριακό πείραμα. Όχι μόνο επρόκειτο να εντοπίσουν σχετικές γενετικές μεταλλάξεις από το εξελικτικό παρελθόν του εγκεφάλου μας, αλλά επρόκειτο επίσης να συνδυάσουν αυτές τις μεταλλάξεις στο γονιδίωμα ποντικιών εργαστηρίου και να παρατηρήσουν τις συνέπειες. "Αυτό είναι κάτι που κανείς δεν είχε επιχειρήσει πριν", είπε ο Silver.
Οι ερευνητές ξεκίνησαν σαρώνοντας μια βάση δεδομένων με ανθρώπινες επιταχυνόμενες περιοχές (HARs). Αυτές οι ρυθμιστικές αλληλουχίες DNA είναι κοινές σε όλα τα σπονδυλωτά αλλά έχουν μεταλλαχθεί γρήγορα στους ανθρώπους. Αποφάσισαν να επικεντρωθούν στο HARE5, το οποίο φαινόταν να ελέγχει τα γονίδια που ενορχηστρώνουν την ανάπτυξη του εγκεφάλου. Η ανθρώπινη εκδοχή του HARE5 διαφέρει από τον χιμπατζή του κατά 16 γράμματα DNA. Οι Silver και Wray εισήγαγαν το αντίγραφο του χιμπατζή του HARE5 σε μια ομάδα ποντικών και την ανθρώπινη έκδοση σε μια ξεχωριστή ομάδα. Στη συνέχεια παρατήρησαν πώς μεγάλωσαν οι εγκέφαλοι των εμβρυϊκών ποντικών.
Μετά από εννέα ημέρες ανάπτυξης, τα έμβρυα ποντικών αρχίζουν να σχηματίζουν έναν φλοιό, το εξωτερικό ζαρωμένο στρώμα του εγκεφάλου που σχετίζεται με τα πιο εξελιγμένα νοητικά ταλέντα. Την ημέρα 10, η ανθρώπινη έκδοση του HARE5 ήταν πολύ πιο ενεργή στους εγκεφάλους των ποντικών που εκκολάπτονταν από το αντίγραφο του χιμπατζή, δημιουργώντας τελικά έναν εγκέφαλο που ήταν 12 τοις εκατό μεγαλύτερος. Περαιτέρω δοκιμές αποκάλυψαν ότι το HARE5 μείωσε τον χρόνο που απαιτείται για τη διαίρεση και τον πολλαπλασιασμό ορισμένων εμβρυϊκών εγκεφαλικών κυττάρων από 12 ώρες σε εννέα. Τα ποντίκια με τον ανθρώπινο HARE5 δημιουργούσαν νέους νευρώνες πιο γρήγορα.
«Αυτό το είδος μελέτης θα ήταν αδύνατο να γίνει πριν από 10 χρόνια, όταν δεν είχαμε τις πλήρεις αλληλουχίες γονιδιώματος», είπε ο Σίλβερ. «Είναι πραγματικά συναρπαστικό». Αλλά τόνισε επίσης ότι θα χρειαστεί πολύ περισσότερη έρευνα για να απαντηθεί πλήρως πώς ανατινάχθηκε ο ανθρώπινος εγκέφαλος. «Είναι λάθος να πιστεύουμε ότι μπορούμε να εξηγήσουμε το μέγεθος του εγκεφάλου με μία ή δύο μόνο μεταλλάξεις. Νομίζω ότι είναι λάθος. Πιθανότατα έχουμε αποκτήσει πολλές μικρές αλλαγές που κατά κάποιο τρόπο συνδυάζουν τους αναπτυξιακούς κανόνες.»
Ο Wray συμφωνεί:«Δεν ήταν μόνο μερικές μεταλλάξεις και — μπαμ! — αποκτάς μεγαλύτερο εγκέφαλο. Καθώς μαθαίνουμε περισσότερα για τις αλλαγές μεταξύ του εγκεφάλου του ανθρώπου και του χιμπατζή, συνειδητοποιούμε ότι θα εμπλέκονται πολλά και πολλά γονίδια, το καθένα από τα οποία συνεισφέρει ένα κομμάτι σε αυτό. Η πόρτα είναι τώρα ανοιχτή για να μπείτε εκεί και να αρχίσετε πραγματικά να καταλαβαίνετε. Ο εγκέφαλος τροποποιείται με τόσους λεπτούς και μη προφανείς τρόπους.»
Εγκέφαλος και σώμα
Αν και η μηχανική της επέκτασης του ανθρώπινου εγκεφάλου ήταν από καιρό μυστηριώδης, η σημασία της σπάνια αμφισβητήθηκε. Ξανά και ξανά, οι ερευνητές ανέφεραν την εξελικτική αύξηση του μεγέθους του ανθρώπινου εγκεφάλου ως τον βασικό λόγο για τον εξαιρετικά υψηλό βαθμό νοημοσύνης μας σε σύγκριση με άλλα ζώα. Όπως καθιστά σαφές πρόσφατη έρευνα για τους εγκεφάλους φαλαινών και ελεφάντων, το μέγεθος δεν είναι το παν, αλλά σίγουρα κάτι μετράει. Ο λόγος που έχουμε τόσους περισσότερους φλοιώδεις νευρώνες από τα ξαδέρφια μας δεν είναι ότι έχουμε πιο πυκνούς εγκεφάλους, αλλά ότι έχουμε εξελίξει τρόπους για να υποστηρίζουμε εγκεφάλους που είναι αρκετά μεγάλοι για να φιλοξενήσουν όλα αυτά τα επιπλέον κύτταρα.
Ωστόσο, υπάρχει κίνδυνος να ερωτευτούμε υπερβολικά τα δικά μας μεγάλα κεφάλια. Ναι, ένας μεγάλος εγκέφαλος γεμάτος νευρώνες είναι απαραίτητος για αυτό που θεωρούμε υψηλή νοημοσύνη. Αλλά δεν είναι αρκετό. Σκεφτείτε, για μια στιγμή, πώς θα ήταν ο κόσμος αν τα δελφίνια είχαν χέρια. Τα δελφίνια είναι εντυπωσιακά έξυπνα. Έχουν επιδείξει αυτογνωσία, συνεργασία, σχεδιασμό και τα βασικά στοιχεία της γλώσσας και της γραμματικής. Σε σύγκριση με τους πιθήκους, ωστόσο, είναι πολύ περιορισμένοι στην ικανότητά τους να χειρίζονται τις πρώτες ύλες του κόσμου. Τα δελφίνια δεν θα μπουν ποτέ στη Λίθινη Εποχή. Τα βατραχοπέδιλα δεν μπορούν να λεπτύνουν.
Ομοίως, γνωρίζουμε ότι οι χιμπατζήδες και οι μπονόμπο μπορούν να καταλάβουν την ανθρώπινη γλώσσα και ακόμη και να σχηματίσουν απλές προτάσεις με πληκτρολόγια οθόνης αφής, αλλά τα φωνητικά τους τμήματα είναι ανεπαρκή για την παραγωγή της ξεχωριστής σειράς ήχων που απαιτούνται για την ομιλία. Αντίθετα, ορισμένα πτηνά έχουν τη σωστή φωνητική ανατομία για να μιμούνται άψογα την ανθρώπινη ομιλία, αλλά ο εγκέφαλός τους δεν είναι αρκετά μεγάλος ή συνδεδεμένος με τον σωστό τρόπο για να κατακτήσει τη σύνθετη γλώσσα.
Ανεξάρτητα από το πόσο μεγάλος μεγάλωσε ο ανθρώπινος εγκέφαλος ή πόση ενέργεια αφιερώσαμε σε αυτόν, θα ήταν άχρηστος χωρίς το σωστό σώμα. Τρεις ιδιαίτερα κρίσιμες προσαρμογές λειτούργησαν παράλληλα με τον αναπτυσσόμενο εγκέφαλό μας για να αυξήσουν δραματικά τη συνολική μας νοημοσύνη:ο διποδισμός, ο οποίος μας άφησε ελεύθερους για την κατασκευή εργαλείων, την κατασκευή πυρκαγιάς και το κυνήγι. χειρωνακτική επιδεξιότητα που ξεπερνά αυτή οποιουδήποτε άλλου ζώου. και ένα φωνητικό κομμάτι που μας επέτρεπε να μιλάμε και να τραγουδάμε. Η ανθρώπινη νοημοσύνη, λοιπόν, δεν μπορεί να εντοπιστεί σε ένα μόνο όργανο, όσο μεγάλο κι αν είναι. προέκυψε από μια τρελή συρροή προσαρμογών σε όλο το σώμα. Παρά τη συνεχιζόμενη εμμονή μας με το μέγεθος των νογκίνων μας, το γεγονός είναι ότι η νοημοσύνη μας ήταν πάντα πολύ μεγαλύτερη από τον εγκέφαλό μας.
