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人类智慧起源之谜:发现产生认知力关键基因

时间:2005-06-03 22:32来源:北京科技报 作者:bioguider 阅读:


  中科院昆明动物所宿兵研究员


  


  人的智慧从哪里来?这是未解之谜

  “这是个有意思的发现。”中国科学院昆明动物所宿兵研究员面对基因树叉上的一个分点而兴奋。

  这个点代表了一个关键的基因,它的学名叫做垂体腺苷环化酶激活肽(PACAP)前体基因。

  在四分五裂最终形成如万花筒般大千世界的基因树上,这个点出现在人和近亲黑猩猩分化的瞬间。通过试验宿兵发现,分化之后,这个奇怪的基因,只在人脑中得到充分发展与进化,而在黑猩猩的脑袋里这个基因却“消失”了。

  为什么人能够成为人,而猩猩永远只是猩猩?作为近亲,是什么让人更加有智慧,并且具有远远超越黑猩猩的创造力和认知能力?

  当发现了这个基因之后,宿兵开始了一个大胆的设想:在人和猩猩分化之后,垂体腺苷环化酶激活肽前体基因在人脑中快速发展,而在黑猩猩脑袋里那里却停滞不前。也许,“垂体腺苷环化酶激活肽前体基因正是导致人类具有智慧的关键因素。”

  宿兵先生所做的课题是“人类智慧起源的分子基础”。他认为这一发现有助于帮助我们揭开人类智慧起源之谜。最近,他的相关研究论文刚在美国《遗传学》杂志上发表,之后《科学》杂志进行了报道。

  这项研究成果受到了国际科学界的重视。美国伊利诺伊州芝加哥大学的遗传学家Bruce Lahn认为,PACAP前体在人类和黑猩猩之间的差异是“非常令人关注的”。他表示,“这项研究在促成人类大脑进化的候选基因名单上又增添了一个新的成员”。

  人的智慧从哪里来?这是一个古老的话题。过去我们常说“劳动创造了人,使人变得聪明”。但是,驱动这一切成为可能的智慧“原力”又是来自哪里?正是基因研究的深入,让科学家们相信:某些基因在人类进化过程中发挥的作用更具决定力。

  基因差异导致人类与黑猩猩分离

  之所以选择黑猩猩作为这项研究的对象,宿兵介绍,当然是因为黑猩猩足够聪明。对黑猩猩的大脑基因进行研究,通过分析比较大脑发育基因的差异,将有助于解释从黑猩猩到人在认知能力上的飞跃。

  黑猩猩被当成是人类的近亲,就连“猩猩是否应该算人类”的话题,也曾经在科学界引起过激烈讨论。

  2003年,美国韦恩州立大学科学家古德曼及同事提出一个令人喷饭的建议:应当将黑猩猩归入人属。这一建议提出的背景是:古德曼等人选取人、黑猩猩、大猩猩、猩猩、旧大陆猴和鼠为研究对象,比较了这6个物种在97个功能基因上的差异程度。分析结果发现,在编码功能基因的DNA序列方面,黑猩猩与人的相同之处可达99.4%,最为接近。 这一建议立即在科学界引起争论。如美国加利福尼亚理工学院科学家布里滕的研究显示:黑猩猩与人类遗传信息上的差异可能达到5%,高于科学家普遍认为的1.5%,因此古德曼等的建议争议很大。

  而去年,一项由上海科学家参与的全球研究在破译了黑猩猩的第22号染色体后推断,黑猩猩在进化过程中比人类丢失了更多的DNA片段,这可能是造成两者诸多差别的重要原因。这也被看成是人类和黑猩猩拥有同样的祖先,但黑猩猩最终未能进化为人类的原因所在。

  虽然光在基因水平上很难对一个人和一只黑猩猩作出判断,但是在对两者的大脑和行为进行对比后,就会发现这种差别是显而易见的。科学家们认为,一定有一种与大脑发育有关的重要基因的进化可以有助于解释这一区别。

  进化树上的神秘基因

  宿兵研究员介绍,在他所作的实验中发现,当人类与黑猩猩在进化树上“分道扬镳”后,PACAP的前体基因在人类的“家系”中以一种反常的速度进行着演化。

  在演化过程中PACAP前体作出了大量工作:它至少曾经编码了多种不同蛋白质。在人体内,一个能够生成PACAP38蛋白质的基因区域与此有着密切的关系。宿兵推测,这种蛋白质在神经细胞的传递中扮演了不同的角色,并且对于小脑的正常发育和影响脑细胞的转移起到了关键作用。

  特别值得一提的是:另一个名为“未知领域”(UD)的基因序列还显示:该基因曾经在人类的进化过程中发生了极为迅速的变化———其速度大约是UD基因在其他哺乳动物体内演化速度的7倍———基因序列还显示,UD基因曾经在进化过程中得到了优先选择。

  “这就是达尔文正选择。”宿兵介绍。达尔文正选择是生物学名词。简单地说就是有利的被选择,不利或致死的被淘汰。

  宿兵推测,这个基因的变化,肯定是因为在人脑中发生了适应性的变化,极有可能和人类智慧起源有着密切的关系。

  由此他们预测:“可能在人的神经里,产生了新的多肽,和一般的黑猩猩已经明显不同,这是一种有活性的新的神经肽,而在非人类的灵长类动物中并没有。”“我们认为,垂体腺苷环化酶激活肽(PACAP)前体基因这个基因与人类智慧起源有着密切的关系。”“它的出现究竟产生了怎样的作用,这个基因的独特功能以及体制,将是我们下一步要继续深入的工作内容。”

  ■相关链接

  基因让黑猩猩不如人聪明

  人和猿的分化是在500万年前,黑猩猩是和人最接近的动物。在此前的基因研究中,科学家们倾向认为,人与猩猩的“差别”不大,只有大约2%的差异。但是,正是这2%的基因差异使得人与猩猩的智能、行为、心理和生理变得差之毫厘,失之千里。

  但是,从神经语言学、神经心理学等高级神经活动和心理活动来看,人与猩猩和猴子的差距并不是有好几个数量级的差异,而可能是人类的婴儿与成年的差别。有几个事实可以说明问题。

  据美国和法国科学研究小组的研究发现,给婴儿和成年猴子讲日语和荷兰语,两者都不懂词的意义,但两者都能区分它们是日语还是荷兰语。研究人员还不能确定是否是靠提示才使得婴儿和猴子区分这两种语言,只是在倒着说日语和荷兰语时,猴子和婴儿都不能区分这两种语言,这表明他(它)们的神经在处理语言的输入方面确实有相同的机理。这个事实也说明,婴儿的语言能力与成年猴子的能力在某些方面差不多,据此可推论猴子的智力在某些方面可能相当于婴儿。因为语音处理并不是人类所特有的能力,而是所有灵长类动物的能力。而且收听节奏等语言特征的能力可能是来源于同一灵长类的进化历史。从猩猩和猴的许多行为与智能可以推知人类的童年。

  基因研究发现,人和黑猩猩共同的祖先可能拥有比两者都更长的染色体,人之所以比黑猩猩聪明,是因为两者分化后黑猩猩比人缺失了更多的DNA片断:黑猩猩第22号染色体和其对应的人第21号染色体之间,单个碱基差异为1.44%,明显高于以往的报道;DNA片断的插入和缺失达68000个,导致人的第21号染色体要比黑猩猩的第22号染色体长400kb。这些数据将来可用作解释人类和其他动物的区别。

  231个表达基因中,83%的基因表达蛋白质有氨基酸系列的变化,有21个基因在人和黑猩猩的脑和肝脏的表达上有1.5-10倍的明显差异,这差异可能与两者对某些疾病的易感性相关。

(责任编辑:泉水)
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