Qu’est-ce qui différencie votre cerveau de celui d’un homme de Néandertal ?

Les scientifiques ont découvert un défaut dans notre ADN qui a peut-être contribué à séparer l’esprit de nos ancêtres de celui des Néandertaliens et d’autres parents disparus.

La mutation, qui a pris naissance au cours des dernières centaines de milliers d’années, stimule le développement de plus de neurones dans la partie du cerveau que nous utilisons pour nos formes de pensée plus complexes, selon un nouveau rapport. étude Paru jeudi dans Science.

« Ce que nous avons trouvé est un gène qui contribue définitivement à faire de nous des êtres humains », a déclaré Welland Huttner, neuroscientifique à l’Institut Max Planck de biologie cellulaire moléculaire et de génétique à Dresde, en Allemagne, et l’un des auteurs de l’étude.

Le cerveau humain nous permet de faire des choses que d’autres êtres vivants ne peuvent pas faire, comme utiliser un langage parfait et faire des plans complexes pour l’avenir. Depuis des décennies, les scientifiques comparent l’anatomie de notre cerveau avec celle d’autres mammifères pour comprendre comment ces facultés sophistiquées ont évolué.

La caractéristique la plus évidente du cerveau humain est sa taille – quatre fois la taille des chimpanzés, notre parent vivant le plus proche.

Notre cerveau a également des caractéristiques anatomiques distinctes. La zone du cortex derrière nos yeux, connue sous le nom de lobe frontal, est essentielle à certaines de nos pensées les plus complexes. selon Étude de 2018le lobe frontal humain contient beaucoup plus de neurones que la même zone chez les chimpanzés.

Mais comparer les humains aux singes vivants a un sérieux défaut : notre ancêtre commun le plus récent a vécu avec des chimpanzés il y a près de sept millions d’années. Pour combler ce qui s’est passé depuis lors, les scientifiques ont dû se tourner vers les fossiles de nos ancêtres les plus récents, connus sous le nom d’hominines.

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Après avoir examiné les crânes d’hominidés, les paléoanthropologues ont découvert que le cerveau de nos ancêtres Une augmentation significative Une taille qui a commencé il y a environ deux millions d’années. Ils ont atteint la taille des humains vivants il y a environ 600 000 ans. Les Néandertaliens, parmi nos plus proches parents hominidés disparus, avaient des cerveaux aussi gros que les nôtres.

Mais les cerveaux des Néandertaliens étaient allongés, alors que les humains ont un Plus sphérique. Les scientifiques ne peuvent pas déterminer la cause de ces différences. Une possibilité est que différentes régions du cerveau de nos ancêtres ont changé de taille.

Ces dernières années, les neuroscientifiques ont commencé à enquêter sur les cerveaux anciens avec une nouvelle source d’information : des morceaux d’ADN conservés dans des fossiles d’hominines. Les généticiens ont reconstruit des génomes entiers de Néandertaliens Comme leurs cousins ​​orientaux, les Dénisoviens.

Les scientifiques se sont concentrés sur les différences potentiellement cruciales entre nos génomes et les génomes des Néandertaliens et des Denisoviens. L’ADN humain contient environ 19 000 gènes. Les protéines codées par ces gènes correspondent principalement à celles trouvées chez les Néandertaliens et les Denisoviens. Mais les chercheurs ont découvert 96 mutations spécifiques à l’homme qui ont modifié la structure de la protéine.

En 2017, Anneline Pinson, chercheuse dans le laboratoire du Dr Huttner, examinait cette liste de mutations et a remarqué une mutation qui altérait un gène appelé TKTL1. Les scientifiques savent que TKTL1 devient actif dans le cortex humain en développement, en particulier dans le lobe frontal.

« Nous savons que le lobe frontal est important pour la fonction cognitive », a déclaré le Dr Benson. « C’était donc un bon indice qu’il pourrait être un candidat intéressant. »

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Le Dr Benson et ses collègues ont mené des expériences préliminaires avec TKTL1 chez des souris et des rongeurs. Après avoir injecté la version humaine du gène dans le cerveau d’animaux en développement, ils ont découvert que les souris et les rongeurs produisaient davantage de neurones.

Ensuite, les chercheurs ont mené des expériences sur des cellules humaines, en utilisant des parties de tissu cérébral fœtal obtenues grâce au consentement de femmes ayant fait une fausse couche dans un hôpital de Dresde. Utilisez le Dr Benson ciseaux moléculaires Pour tronquer le gène TKTL1 à partir de cellules dans des échantillons de tissus. Sans elle, le tissu cérébral humain produit moins de cellules dites progénitrices qui donnent naissance aux neurones.

Dans leur dernière expérience, les chercheurs ont entrepris de créer un fichier Miniature comme un cerveau de Néandertal. Ils ont commencé avec une cellule souche embryonnaire humaine et ont modifié le gène TKTL1 pour qu’il n’ait pas la mutation humaine. Au lieu de cela, il portait la mutation trouvée chez nos parents, y compris les Néandertaliens, les chimpanzés et d’autres mammifères.

Ensuite, ils ont placé la cellule souche dans un bain de produits chimiques qui l’a incitée à se transformer en une masse de tissu cérébral en développement, appelée organoïde cérébral. Il a généré des cellules cérébrales originales, qui ont ensuite produit un cortex cérébral miniature composé de couches de neurones.

L’organoïde cérébral de type Néandertal a produit moins de neurones que l’organoïde avec la version humaine de TKTL1. Cela indique que lorsque le gène TKTL1 est muté, nos ancêtres peuvent produire des neurones supplémentaires dans le lobe frontal. Bien que ce changement n’ait pas augmenté la taille globale de notre cerveau, il a peut-être réorganisé son câblage.

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« C’est vraiment un voyage de force », a déclaré Laurent Nguyen, neuroscientifique à l’Université de Liège en Belgique, qui n’a pas participé à l’étude. « Il est remarquable qu’un si petit changement ait un impact significatif sur la production de neurones. »

La nouvelle découverte ne signifie pas que TKTL1, à lui seul, fournit le secret de ce qui fait de nous des êtres humains. D’autres chercheurs examinent également la liste des 96 mutations modifiant les protéines et mènent leurs propres expériences.

D’autres membres du laboratoire du Dr Huttner ont rapporté en juillet Deux autres mutations modifient la vitesse à laquelle les cellules cérébrales en développement se divisent. L’année dernièreune équipe de chercheurs de l’Université de Californie à San Diego a découvert qu’une autre mutation semble modifier le nombre de connexions que les neurones humains établissent entre eux.

D’autres mutations peuvent également être importantes pour notre cerveau. Par exemple, à mesure que le cortex se développe, les neurones individuels doivent migrer pour trouver leur propre niche. Le Dr Nguyen a noté que certaines des 96 mutations propres aux humains sont des gènes altérés susceptibles d’être impliqués dans la migration cellulaire. Il spécule que nos mutations pourraient faire bouger nos neurones différemment des neurones du cerveau de Néandertal.

« Je ne pense pas que ce soit la fin de l’histoire », a-t-il déclaré. « Je pense que plus de travail est nécessaire pour comprendre ce qui nous rend humains en termes de développement du cerveau. »

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