它促成了人脑的进化？一个基因的突变让我们与众不同

　　来源：科技日报



　　有人将爱因斯坦的大脑切成片，想搞清天才为什么聪明，却没发现异样。这说明，普通人和天才的大脑一样，至少在器质上一样。但我们并不知道，人类大脑何时、为什么会变得如此聪明？

　　最近一位儿科医生在雪貂身上找到了关于这个问题的些许线索：一个简单基因的突变，让我们有了特别皱巴的大脑皮层。论文发表在4月11日的《自然》杂志上。

　　一个基因的突变让我们与众不同？

　　大脑分灰质和白质。内芯白，表面灰。吃过猪脑花的人知道，大脑是皱皱巴巴的。人类的大脑特别皱，表面积比近亲黑猩猩高出3倍。所以人类把黑猩猩关进了笼子，而非相反。而最近，导致人类大脑特别皱的一项基因被找到了。

　　克里斯托弗?沃尔什是美国霍华德休斯医学研究所（HHMI）的研究员，他的实验室前几年关注胚胎大脑的病变：大脑在成型时有时会出错，导致大脑皮层即灰质较少。使得患儿的头部比正常情况小。小头畸形有遗传根源，前两年肆虐的寨卡病毒也会造成小头症。

　　以前，科学家利用小鼠做模型，研究小头症。但小鼠大脑比人类大脑小千倍，且缺乏人脑中丰富的几种脑细胞。其大脑萎缩也不是很明显。

　　沃尔什和同事们想到了一种新的实验动物――雪貂，沃尔什说，雪貂是一种快速繁殖的更大的哺乳动物，也有更大的大脑皮层，皱皱巴巴，与人类相似。

　　研究人员发现，一种名叫ASPM的基因，在人类胚胎发育过程中影响大脑灰质的生长。在小头症案例中，ASPM的灭活使得人类大脑的体积减少了50%，与黑猩猩的大脑相当。

　　于是通过灭活ASPM基因，研究人员创造出了第一只神经系统突变的雪貂。这种被修改了基因的雪貂大脑比正常雪貂的大脑小很多，脑重量少了40%。

　　从雪貂模型中研究人员发现，小头症缺陷与一种叫ORG的胶质细胞有关。ORG是由干细胞变来的。沃尔什的论文指出：ASPM调节干细胞和ORG之间的转换时间，从而影响到后续各种神经细胞的比例。总之，调节ASPM可以改变大脑中的神经细胞数量，或许就是因为人类的ASPM基因发生了突变才让我们有了与众不同的大脑。

　　灰质越多越文明？

　　如果将哺乳动物的大脑一字排开，很容易发现人类与其它物种的区别――灰质特别发达（表层皱褶最深）。大象是为数不多的脑子比人大的生物，象脑比人脑重3倍；但是人类的灰质神经元细胞有160亿个，是大象的3倍。

　　在雪貂身上的发现让我们不禁联想到，现代人与古代类人猿，还有一些原始人的区别，或许ASPM基因是关键。大脑皮层因为ASPM基因的变异而显著增加，也许是几万年来人类加速进步的基础。

　　这并非夸大灰质的地位。尽管科学家仍未揭开所有奥秘，但让人类脱离蒙昧的那些能力，无疑与灰质紧密相关。

　　比如今年一项研究发现，大脑的顶叶和颞叶交汇处的灰质多少，与一个人换位思考的能力有关。表现更无私的那些人，在这一部位有更多的灰质。而很多古人类学家认为，生物学上的利他主义本能，是现代智人倾向于团体合作的基础――这是否来源于灰质的增加呢？

　　再比如，与间歇性暴怒障碍（IED）患者相比，行为温和的人在大脑额叶边缘的灰质更多。IED指的是受外界刺激容易失控和诉诸暴力，患者并不喜欢或认同暴力，只是难以自控。过激举动与大脑灰质的明显关联提示我们：抑制简单本能，代之以更社会化、更理智的行动，以灰质增多为基础。

　　此外，也有研究发现体重正常者比起肥胖者，有更多的大脑灰质。一些肥胖症患者更难以控制本能，才会过量饮食。大脑灰质中涉及人类行为习惯的背侧纹状体部分，在两者之间存在差异。

　　还有近年的一系列研究表明：放纵动物本能的行为，会减少某部分的大脑灰质（比如沉迷游戏、酗酒）；文明和自制的行为则增加大脑灰质（比如练习冥想、学习外语）。

　　随着人的成熟，灰质密度会增加。而且，女性的脑体积虽然较男性小9%，但灰质密度比男性高，这或许可以解释为什么女性的认知表现更好。

　　什么让脑容量快速增大？

　　如果ASPM基因突变奠定了一切文明的基础，这个突变是何时开始的呢？沃尔什倾向于认为，ASPM的突变让我们超越了几十万年前与我们分道扬镳的亲戚――尼安德特人。

　　但很遗憾，还没有证据能证明沃尔什的猜想。研究古人类大脑演化的权威、哥伦比亚大学的拉尔夫?霍洛威指出，最近400万年内，人的脑容量一直在增加，从不足400毫升增加到今天的1400毫升。第一次飞跃在东非的早期智人头颅标本中可以看到。而人的大脑从800毫升至1500毫升期间，身体尺寸没有任何明显变化。

　　霍洛威认为，尼安德特人的颅骨与最近的智人相比，没什么特别，脑容量还稍大一些。

　　至于大脑灰质因为什么急剧增加？现在还只有一些猜想。有假说认为，烹饪食物可能是推动神经元数量增长的原动力，或者生活在水滨的人类转以鱼类和贝类为食，提供了大脑发育的必要营养。

　　还有一种假说认为：环境和食物资源的变化青睐更聪明的大脑，这种变迁或许来自气候变化，或许是因为人类迁徙到远离赤道的地区；也有可能是人类迁徙到寄生虫较少的地区，让更多能量从免疫系统转向大脑。

　　还有一派学者在分析各地化石数量和脑容量的联系后认为，大脑的发达是因为人口密度增加，社会关系变得复杂，使更聪明和善于社交的人，有更大的几率留下后代。这个理论也可以解释人类大脑为何快速增大――这种竞争一代比一代激烈。

　　霍洛威认为，社会竞争假说听起来非常有道理，但证实这类假说的难度在于，几百万年的人脑演化历史，只有二十几个颅骨标本为证。我们看不到早期人类的大脑。迄今发现最古老的脑组织，来自一颗6000年前的佛罗里达的头颅。

　　（本文部分材料由霍华德休斯医学研究所提供）