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昨日,一项发表在Cell杂志上的新研究首次发现了人类大脑发育得比黑猩猩和大猩猩大脑更大的可能机制(人类大脑中的神经元是黑猩猩和大猩猩的三倍)。这项由英国剑桥医学研究委员会(MRC)分子生物学实验室的研究人员主持的研究发现了一个关键的分子开关,这个分子开关可以使类人猿的大脑类器官生长得更像人类的大脑类器官,反之也可行。
这项新研究比较了模拟人类、大猩猩和黑猩猩的干细胞早期大脑发育后培养出来的“大脑类器官”3D组织。
“与我们实际了解的大脑尺寸对比情况相似,人类的大脑类器官比其他类人猿的大脑类器官体积更大。”主持这项研究的MRC分子生物学实验室的MadelineLancaster博士(年创造第一个大脑类器官的研究团队中的一员)说:“研究结果能使我们初步了解人类大脑发育区别于我们的近亲(其他类人猿)的不同之处。毕竟,我们和类人猿最显著的区别就是,我们的大脑要比它们大得多。”
大脑发育早期,神经元是由干细胞(又称神经祖细胞)分化而来的。这些祖细胞最初呈圆柱状,这种形状使它们更容易分裂成形状相同的子细胞。神经祖细胞在这一发育阶段增殖的次数越多,那么之后生成的神经元就越多。随着细胞的成熟以及增殖速度的放缓,细胞形状会拉长,形成一种拉长的冰淇淋筒的形状。
先前对小鼠的研究表明,小鼠的神经祖细胞成熟变成圆锥形后的数小时内就出现了细胞增殖缓慢的现象。随着大脑类器官技术的发展,使得研究者能够运用该技术揭示上述发育状况在人类、大猩猩和黑猩猩身上发生的方式。
他们发现,这种转变(细胞形状及增殖速度的变化)在大猩猩和黑猩猩身上需要很长时间才会发生(大约需要五天多)。人类的神经祖细胞发生这一转变所需的时间更长,大约需要7天。与其他类人猿相比,人类的神经祖细胞能够在更长的时间内保持圆柱状,而在这段时间内,它们分裂得更为频繁,产生的细胞也更多。
人类与类人猿之间在神经祖细胞向神经元过渡速度上的差异意味着人类细胞有更多的增殖时间。这可能是人脑中神经元数量比大猩猩或黑猩猩增加了大约三倍的主要原因。
Lancaster博士说:“我们发现,早期大脑细胞形状的延迟改变足以改变个体的发育进程,延迟改变的时间可以帮助我们确定个体最终形成的神经元数量。”
“这是一件非常值得我们
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