Die Gehirnentwicklung unterscheidet sich zwischen Neandertalern und modernen Menschen

Neandertaler sind die nächsten Verwandten des modernen Menschen. Vergleiche mit ihnen können daher faszinierende Einblicke in das geben, was den heutigen Menschen einzigartig macht, etwa was die Entwicklung des Gehirns betrifft. Der Neokortex, der größte Teil der äußeren Hirnschicht, ist einzigartig bei Säugetieren und entscheidend für viele kognitive Fähigkeiten. Es breitete sich während der menschlichen Evolution in Spezies, die sowohl Neandertaler als auch moderne Menschen vorfahren, dramatisch aus, was dazu führte, dass sowohl Neandertaler als auch moderne Menschen Gehirne ähnlicher Größe hatten. Allerdings ist fast nichts darüber bekannt, wie sich die Gehirne von modernen Menschen und Neandertalern in ihrer Entwicklung und Funktion unterschieden haben könnten.

Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden und des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie (MPI-EVA) in Leipzig haben jetzt neurale Stammzellen entdeckt – die Zellen, aus denen sich Neuronen entwickeln Neokortex ableiten – verbringen mehr Zeit damit, ihre Chromosomen für die Teilung bei modernen Menschen vorzubereiten als bei Neandertalern. Dies führt beim modernen Menschen zu weniger Fehlern bei der Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen als bei Neandertalern oder Schimpansen und könnte Auswirkungen auf die Entwicklung und Funktion des Gehirns haben. Diese Studie zeigt zelluläre Unterschiede in der Entwicklung des Gehirns zwischen modernen Menschen und Neandertalern.

Nachdem sich die Vorfahren des modernen Menschen von denen der Neandertaler und Denisova-Menschen, ihren asiatischen Verwandten, abgespalten hatten, veränderten sich beim modernen Menschen etwa hundert Aminosäuren, die Bausteine ​​von Proteinen in Zellen und Geweben, und breiteten sich auf fast alle modernen Menschen aus. Die biologische Bedeutung dieser Veränderungen ist weitgehend unbekannt. Sechs dieser Aminosäureveränderungen fanden jedoch in drei Proteinen statt, die bei der Verteilung von Chromosomen, den Trägern der Erbinformation, an die beiden Tochterzellen während der Zellteilung eine Schlüsselrolle spielen.

Die Auswirkungen der modernen menschlichen Varianten auf die Gehirnentwicklung

Um die Bedeutung dieser sechs Veränderungen für die Entwicklung des Neokortex zu untersuchen, führten die Wissenschaftler zunächst die modernen menschlichen Varianten in Mäuse ein. Mäuse sind an diesen sechs Aminosäurepositionen mit Neandertalern identisch, daher wurden sie durch diese Veränderungen zu einem Modell für das sich entwickelnde moderne menschliche Gehirn. Felipe Mora-Bermúdez, der Erstautor der Studie, beschreibt die Entdeckung: „Wir fanden heraus, dass drei moderne menschliche Aminosäuren in zwei der Proteine ​​eine längere Metaphase verursachen, eine Phase, in der Chromosomen für die Zellteilung vorbereitet werden, und dies zu weniger führt Fehler bei der Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen der neuralen Stammzellen, genau wie beim modernen Menschen.“ Um zu überprüfen, ob die Neandertaler-Aminosäuren den gegenteiligen Effekt haben, führten die Forscher die angestammten Aminosäuren dann in Organoide des menschlichen Gehirns ein – kleine organähnliche Strukturen, die aus menschlichen Stammzellen in Zellkulturschalen im Labor gezüchtet und nachgeahmt werden können Aspekte der frühen Entwicklung des menschlichen Gehirns. „In diesem Fall wurde die Metaphase kürzer und wir fanden mehr Chromosomenverteilungsfehler.“ Laut Mora-Bermúdez zeigt dies, dass diese drei modernen menschlichen Aminosäureänderungen in den als KIF18a und KNL1 bekannten Proteinen für die weniger Chromosomenverteilungsfehler verantwortlich sind, die beim modernen Menschen im Vergleich zu Neandertaler-Modellen und Schimpansen beobachtet werden. Er fügt hinzu, dass „Fehler in der Anzahl der Chromosomen normalerweise keine gute Idee für Zellen sind, wie es bei Erkrankungen wie Trisomien und Krebs zu sehen ist.“

„Unsere Studie impliziert, dass einige Aspekte der Entwicklung und Funktion des modernen menschlichen Gehirns möglicherweise unabhängig von der Gehirngröße sind, da Neandertaler und moderne Menschen ähnlich große Gehirne haben. Die Ergebnisse deuten auch darauf hin, dass die Gehirnfunktion bei Neandertalern möglicherweise stärker von Chromosomenfehlern beeinflusst wurde des modernen Menschen“, sagt Wieland Huttner, der die Studie mitbetreute. Svante Pääbo, der die Studie ebenfalls mitbetreute, fügt hinzu, dass „zukünftige Studien erforderlich sind, um zu untersuchen, ob die verringerte Fehlerrate moderne menschliche Merkmale im Zusammenhang mit der Gehirnfunktion beeinflusst“.