演化之鑰：人類獨特基因 或致腦部更發達

立場新聞 2015/03/04 10:19

    人類的大腦倒底有什麼構造，比其他靈長近親以及其他生物更優越？這問題一直困擾著科學家，但最近兩份的報告均不約而同指，人類的某些基因增強老鼠腦部發展，顯示該些基因對人類的腦部演化尤為重要。
    相比起近親猿猴，我們人類能雙足行走、食更多不同的食物以至發展出語言，主要原因是人類與其他靈長類的基因組 (genome) 有所不同。 2008 年的電腦分析，經已將那些我們與黑猩猩相異但較為重要的幾百個基因分辨出來。
    問題卻是，無人進一步去証實，當中有哪些基因令人類更醒目。

    強化子 HARE5

    杜克大學研究團隊分別以人類與黑猩猩的強化子 (enhancer) ，測試兩者對老鼠胚胎腦部有何影響，並於上月中公佈結果 [1] 。強化子是一組會影響鄰近基因活動的 DNA 片段。他們發現其中一種強化子 HARE5 ，在大腦皮質中最為活躍。透過特製的迷你發光基因，人類的 HARE5 令胚胎腦部發光範圍更廣而且更持久。團隊就由此估計 HARE5 控制 Frizzled 8 ——一組對大腦分子通道非常重要的基因。
    隨後的研究就顯示，人類的 HARE5 能令會演化為神經細胞的細胞，分裂得更多，令大腦皮質能承載更多細胞，最終這些老鼠的大腦比有黑猩猩 HARE5 的大 12% 。團隊將會繼續了解，大腦容量增大會否令老鼠更聰明。

    人類獨有基因 ARHGAP11B

    而德國的團隊則專注研究，哪一組基因在大腦皮質發展時起作用 [2] 。
    大腦皮質需幾種幹細胞建構，這些幹細胞會分裂成其他的「中介」幹細胞，再轉化成神經元 (neuron) ，是腦部發展最重要的一環。團隊首先將老鼠與人類胚胎的幹細胞種類，以螢光標籤分開，並了解何種基因在人類大腦發展時，老鼠卻會缺乏之。最終，他們鎖定 56 個老鼠沒有的基因，而當中 ARHGAP11B 的活躍程度最為突出。
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    Florio, M., Albert, M., Taverna, E. & et al. (2015).
    ARHGAP11B 是人類獨有的基因，就算現代人類近親黑猩猩也沒有。相反，其他智人祖先如丹尼索瓦人 (Denisovan) 與尼安德特人 (Neandertal) 同樣擁有該基因。
    其後，團隊將 ARHGAP11B 插入正在生長的老鼠，因為牠們的腦皮質幹細胞是其他動物的兩倍，實驗效果會較為顯著。 結果是，老鼠的「中介」幹細胞增多，而這些「中介」幹細胞亦比正常的分裂速度更高，最終老鼠增加大腦容量。
    這兩組基因明顯對哺乳類演化相當重要，未來仍需更多研究了解人類有什麼先天優勢比其他生物強。
    來源：
    
Science, Xeroxed gene may have paved the way for large human brain, 26 February 2015
    Science, Human DNA enlarges mouse brains, 19 February 2015
    
報告：
    1. Boyd, J.L., Skove, S.L. & et al. (2015). Human-Chimpanzee Differences in a FZD8 Enhancer Alter Cell-Cycle Dynamics in the Developing Neocortex. Current Biology, published online 19 February 2015. DOI: http://dx.doi.org/10.1016/j.cub.2015.01.041
    2. Florio, M., Albert, M., Taverna, E. & et al. (2015). Human-specific gene ARHGAP11B promotes basal progenitor amplification and neocortex expansion. Science, published online 26 February 2015. DOI: 10.1126/science.aaa1975

    文／ac