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».
Причиной коллапса цивилизаций бронзового века назвали изменения орбиты Земли
Климатологами из Швеции удалось установить, что катастрофу бронзового века, случившуюся в XII веке до нашей эры, спровоцировали изменения в орбите Земли, сделавшие климат Леванта и Балкан более засушливым. Об этом…
MX: Названа привычка, которая ведет к сокращению объёма мозга
У любителей подолгу смотреть телевизор в зрелом возрасте могут развиваться негативные структурные трансформации головного мозга. В ходе нового исследования специалистами были изучены данные почти 1,7 тысячи добровольцев. За испытуемыми вели…
Ископаемые остатки переписывают генеалогическое древо малых плотоядных сумчатых
Палеонтологи из Университета Нового Южного Уэльса описали новый род и вид сумчатых дазиуридов из раннего миоцена Австралии, предоставив первые убедительные доказательства того, что семейство Dasyuridae — к которому сегодня относятся…
Возгорания в Подмосковье, пострадавший в Рязанской области и 356 БПЛА. Последствия атак ВСУ на российские регионы
Средства ПВО в течение ночи перехватили и уничтожили 356 украинских беспилотников над российскими регионами и акваторией Азовского моря, сообщили в Минобороны РФ. Беспилотник попал в многоквартирный дом в Чехове. Возгорание…
Мирошник: 57 мирных жителей России погибли за неделю от ударов ВСУ
В субъектах РФ 57 мирных жителей погибли за неделю от ударов ВСУ, еще свыше 430 получили ранения. Об этом сообщил ТАСС посол по особым поручениям МИД России Родион Мирошник. "За…
ВС России ударили еще по двум судам ВСУ в Черном море и порту Николаев
Российские войска утром нанесли удары беспилотниками по судну типа "балкер" с грузами для ВСУ в северо-западной акватории Черного моря, а также поразили килекторное судно в порту Николаев. Об этом сообщили…
Турция готовится угрожать России из Прибалтики
Турецкие истребители впервые в истории начинают базироваться в Прибалтике. На первый взгляд, это выг...
Ученые объяснили, почему женщины часто лучше справляются с многозадачностью
Часто говорят, что женщины лучше справляются с многозадачностью, чем мужчины. Это утверждение встреч...
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)".