Происхождение человеческого языка остается загадкой. Являемся ли мы единственными животными, действительно способными к сложной речи? Являются ли Homo sapiens единственными гоминидами, которые могли дать подробные указания к далекому источнику пресной воды или описать нюансы пурпурных и красных оттенков драматического заката?
У наших близких родственников, таких как неандертальцы, вероятно, были анатомические особенности горла и ушей, которые могли позволить говорить и слышать устную речь, и они разделяют с нами вариант гена, связанного со способностью говорить. И все же только у современных людей мы находим расширенные области мозга, которые имеют решающее значение для производства и понимания языка.
Теперь исследователи из Университета Рокфеллера обнаружили интригующие генетические доказательства: вариант белка, обнаруженный только у людей, который, возможно, способствовал возникновению устной речи.
В исследовании, опубликованном в журнале Nature Communications, ученые из лаборатории исследователя Рокфеллеровского университета Роберта Б. Дарнелла обнаружили, что, когда они ввели этот исключительно человеческий вариант NOVA1 — РНК-связывающего белка в мозге, который, как известно, имеет решающее значение для развития нервной системы, — мышам, это изменило их вокализации, когда они звали друг друга.
Исследование также подтвердило, что данный вариант не обнаружен ни у неандертальцев, ни у денисовцев — архаичных людей, с которыми скрещивались наши предки, о чем свидетельствуют их генетические следы, которые сохранились во многих человеческих геномах сегодня.
«Этот ген является частью масштабных эволюционных изменений у ранних современных людей и намекает на потенциальное древнее происхождение разговорного языка», — говорит Дарнелл, глава Лаборатории молекулярной нейроонкологии. «NOVA1 может быть настоящим человеческим «языковым геном», хотя, безусловно, это лишь одно из многих генетических изменений, характерных только для человека».
Анатомические адаптации речевого тракта и сложные нейронные сети обеспечивают наши языковые возможности. Но генетика, стоящая за ними, не до конца понятна.
Один из предполагаемых генетических драйверов языка — FOXP2, который кодирует фактор транскрипции, участвующий в раннем развитии мозга. Люди с мутациями в этом гене демонстрируют серьезные дефекты речи, включая неспособность координировать движения губ и рта со звуком. У людей есть две замены аминокислот в FOXP2, которые не встречаются у других приматов или млекопитающих, но у неандертальцев они тоже были, что предполагает, что этот вариант возник у предка обеих человеческих линий. Но некоторые выводы по FOXP2 были оспорены, и его роль в развитии человеческого языка остается неясной.
Теперь в качестве кандидата появился NOVA1. Ген производит нейрон-специфический РНК-связывающий белок, ключевой для развития мозга и нервно-мышечного контроля, который был впервые клонирован и охарактеризован Дарнеллом в 1993 году. Он обнаружен в практически идентичной форме в широком диапазоне биосферы, от млекопитающих до птиц, но не у людей. Вместо этого у нас есть своя собственная уникальная форма, характеризующаяся одной заменой аминокислоты, с изолейцина на валин, в позиции 197 (I197V) в белковой цепи.
I197V — не единственная аминокислотная замена, которая отличает современных людей от других организмов, отмечает первый автор Йоко Таджима, научный сотрудник лаборатории Дарнелла. Некоторые из них могут быть неотъемлемой частью развития мозга. «Такие изменения могли сыграть важную роль в приобретении характеристик, которые способствовали появлению, расширению и выживанию Homo sapiens », — говорит она.
Специалист по тому, как связывающие РНК белки модулируют экспрессию генов, Дарнелл изучает NOVA1 с начала 1990-х годов, когда он и его коллеги впервые определили его как триггер неврологического аутоиммунного расстройства, называемого POMA, которое может вызывать экстремальную двигательную дисфункцию. Недавно они начали выявлять случаи, в которых генетические варианты NOVA1 связаны с трудностями развития языка и моторики.
«Понимание NOVA1 стало для меня делом всей моей карьеры», — говорит он.
Текущее исследование, возглавляемое Таджимой, использовало редактирование гена CRISPR для замены общего белка NOVA1, обнаруженного у мышей, на человеческий вариант I197V. Затем они использовали передовые методы, такие как анализ перекрестной иммунопреципитации (CLIP), метод, разработанный Дарнеллом, для идентификации участков связывания РНК NOVA1 в среднем мозге мышей.
Первым заметным открытием было то, что человеческий вариант не оказал никакого влияния на связывание РНК, связанное с развитием нейронов или контролем моторики. Он действовал точно так же, как и тот, который он заменил.
Так что же он делал? Второе важное открытие дало им подсказку: сайты связывания, которые были существенно затронуты человеческим вариантом, были расположены в генах, которые кодируют РНК, связанные с вокализацией.
«Более того, было обнаружено, что многие из этих генов, связанных с вокализацией, также являются мишенями для связывания NOVA1, что дополнительно указывает на участие NOVA1 в вокализации», — говорит Таджима.
«Мы подумали: «Вау!» Мы этого не ожидали», — говорит Дарнелл. — «Это был один из действительно удивительных моментов в науке».
Затем лаборатория Дарнелла объединила усилия с Лабораторией нейрогенетики языка Рокфеллера , возглавляемой Эрихом Д. Джарвисом , который изучает молекулярные и генетические механизмы, лежащие в основе вокального обучения.
В течение следующих нескольких лет сотрудники исследовали влияние на вокализации среди мышей разного возраста в разных контекстах. Они обнаружили измененные вокальные паттерны как среди детенышей обоих полов, так и среди взрослых самцов.
«Все детеныши мышей издают ультразвуковые писки своим мамам, и исследователи языка классифицируют различные писки как четыре «буквы» — S, D, U и M», — отмечает Дарнелл. «Мы обнаружили, что когда мы «транслитерировали» писки, издаваемые мышами с человеческим вариантом I197V, они отличались от писков мышей дикого типа. Некоторые из «букв» изменились».
Они обнаружили похожие закономерности, когда изучали обнадеживающие брачные крики самцов взрослых мышей, подвергавшихся воздействию самок взрослых мышей в период течки. «Они „говорили“ с самками по-другому», — говорит он. «Можно представить, как такие изменения в вокализации могли оказать глубокое влияние на эволюцию».
Потенциальное влияние I197V на эволюцию человека стало их следующим фокусом. Чтобы подтвердить, что он не был обнаружен у наших ближайших человеческих родственников — неандертальцев, которые в основном жили в Европе, и денисовцев, названных в честь пещеры в Центральной Азии, где они были обнаружены, — исследователи сравнили восемь человеческих геномов с тремя высокопокрытыми геномами неандертальцев и одним высокопокрытым геномом денисовцев.
Как и ожидалось, наши архаичные родственники, от которых мы, как считается, отделились примерно 250 000–300 000 лет назад, имели тот же белок NOVA1, что и все нечеловеческие животные.
Затем они прочесали 650 058 современных человеческих геномов в базе данных dbSNP, каталоге коротких вариаций последовательностей, взятых у людей по всему миру. Если бы существовала альтернатива I197V, она была бы найдена здесь.
Из этих 650 058 человек все, кроме шести, имели человеческий вариант. У этих шести был архаичный вариант; поскольку образцы деидентифицированы, подробности о них неизвестны.
«Наши данные показывают, что предковая популяция современных людей в Африке развила человеческий вариант I197V, который затем стал доминирующим, возможно, потому, что он давал преимущества, связанные с голосовой коммуникацией», — предполагает он. «Затем эта популяция покинула Африку и распространилась по всему миру».
В будущем лаборатория Дарнелла будет изучать, как NOVA1 регулирует языковую функцию, уделяя особое внимание нарушениям речи и развития.
«Мы считаем, что понимание этих вопросов позволит лучше понять, как работает мозг во время голосовой коммуникации и как его неправильная регуляция приводит к определенным расстройствам», — говорит Таджима.
Его нейронные пути могут вступать в игру, например, когда различные расстройства делают человека неспособным говорить. Возможно, он влияет на развитие невербального аутизма; NOVA1 — один из многих генов, связанных с расстройством аутистического спектра. А в 2023 году лаборатория сообщила о пациенте с гаплонедостаточностью NOVA1, неврологические симптомы которого включали задержку речи.
Дарнелл добавляет: «Наше открытие может иметь клиническое значение во многих отношениях: от нарушений развития до нейродегенеративных заболеваний».
Ученые находятся на пороге доступа к миру, в миллион раз меньшему, чем протон
В ходе эксперимента в ЦЕРНе были обнаружены первые признаки распада частиц, настолько редкие, что это должно происходить лишь один раз примерно из 10 миллиардов попыток, после более чем 40-летних поисков.…
В Германии обнаружено 1500-летнее захоронение в форме лодки с деревянным троном
Примерно 1500 лет назад на побережье Северного моря в Германии был похоронен человек в деревянной лодке длиной более четырех метров. В его могиле были оставлены богато украшенный деревянный трон и…
Загадочная надпись обнаружена на гробнице из древнего некрополя в Египте
Обломки известняка из гробницы в Египте, возраст которой составляет 4400 лет, содержат одну из самых ранних известных египетских автобиографий. В ней чиновник по имени Хуви представляет себя честным человеком, близким…
Пожар на предприятии на Кубани и 142 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО за ночь перехватили и уничтожили 142 украинских беспилотника над российскими регионами, а также акваториями Черного и Азовского морей. Об этом сообщили в Минобороны РФ. Из-за падения обломков БПЛА…
Шуваев: за сутки в Белгородской области при атаках ВСУ пострадали три человека
Вооруженные силы Украины атаковали территорию Белгородской области порядка 110 раз за прошедшие сутки, ранения получили три мирных жителя, сообщил губернатор региона Александр Шуваев в "Максе". "В Шебекинском округе получили ранения…
Поражены аккумуляторный парк в Киевской области и сухогруз. Удары ВС России по объектам на Украине
ВС России ночью ударили дронами по объектам энергетического комплекса и Украины и судам, которые использовались в интересах ВСУ, сообщили в Минобороны РФ. ТАСС собрал основное о пораженных целях. Заявление Минобороны…
В Польше раскол решили лечить национальным страхом
Соцопросы показали отношение поляков к тому, что одни называют госпереворотом, а другие, наоборот, в...
Ученые выяснили, как тот или иной вкус становится любимым
Медленный сигнал дофамина помогает мышам научиться отдавать предпочтение вкусам, связанным с калория...
Эксперт не исключил также, что существует вероятность, когда при возникновении сочетания некоторых условий могут возникнуть предпосылки для развития того или иного сценария из широкого спектра возможных. Хотя не надо огульно отбрасывать и множенство других потенциальных вариантов.
Этот сайт использует файлы «cookie» с целью повышения удобства его использования. Во время посещения сайта вы соглашаетесь с тем, что мы обрабатываем ваши персональные данные с использованием сервиса «Яндекс. Метрика». Продолжая использовать сайт, вы соглашаетесь с Политикой конфиденциальности.
Зарегистрировано Федеральной службой по надзору в сфере связи, информационных технологий и массовых коммуникаций
(Роскомнадзор). Реестровая запись от 07.06.2022 серия ЭЛ № ФС 77 – 83392. При использовании, полном или частичном
цитировании материалов planet-today.ru активная гиперссылка обязательна. Мнения и взгляды авторов не всегда совпадают с
точкой зрения редакции. На информационном ресурсе применяются рекомендательные технологии (информационные технологии
предоставления информации на основе сбора, систематизации и анализа сведений, относящихся к предпочтениям пользователей
сети "Интернет", находящихся на территории Российской Федерации)".