Come noi esseri umani siamo diventati quello che siamo oggi è una domanda a cui gli scienziati cercano di rispondere da molto tempo. Come abbiamo sviluppato capacità cognitive così avanzate, dando origine a un linguaggio complesso, alla poesia e alla scienza missilistica? In che modo il cervello umano moderno è diverso da quelli dei nostri parenti evolutivi più vicini, come ad esempio Neanderthal ed Denisovans?
Reintroducendo i geni antichi di tali specie estinte in “mini cervelli” umani- grappoli di cellule staminali coltivate in laboratorio che si organizzano in minuscole versioni del cervello umano - gli scienziati hanno iniziato a trovare nuovi indizi.
La maggior parte di ciò che sappiamo sull’evoluzione umana deriva dallo studio di fossili e ossa antichi. Sappiamo che i Neanderthal e i Denisoviani si differenziarono dagli umani circa 500,000-600,000 anni fa, e che gli ultimi uomini di Neanderthal scomparvero dall'Europa solo circa 40,000 anni fa.
La ricerca ha anche dimostrato che gli esseri umani e i Neanderthal incrociati, e che i Neanderthal erano tanti più sofisticato di quanto si pensasse in precedenza.
Dallo studio delle dimensioni e della forma di teschi fossilizzati, sappiamo anche che i cervelli degli esseri umani arcaici avevano all'incirca le stesse dimensioni dei crani umani moderni, se non più grandi, e sembrano avere forme diverse. Tuttavia, sebbene tali variazioni possano essere correlate a diverse capacità e funzioni cognitive, i fossili da soli non possono spiegare come le forme influenzino la funzione. Fortunatamente, i recenti progressi tecnologici hanno fornito un nuovo percorso per comprendere in che cosa differiamo dai nostri parenti estinti.
Il sequenziamento del DNA antico ha permesso agli scienziati di confrontare i geni dei Neanderthal e dei Denisoviani con quelli degli esseri umani moderni. Questo ha aiutato individuare differenze e somiglianze, rivelando che condividiamo la maggior parte del nostro DNA con i Neanderthal e i Denisoviani.
Tuttavia, in regioni specifiche, esistono varianti genetiche trasportate esclusivamente dagli esseri umani moderni. Queste regioni del DNA specifiche dell’uomo potrebbero essere responsabili di tratti che separano la nostra specie dai nostri parenti estinti. Comprendendo come funzionano questi geni, possiamo quindi conoscere i tratti unici degli esseri umani moderni.
Gli studi che hanno confrontato le sequenze di DNA arcaico e moderno hanno individuato differenze nei geni importante per la funzione, il comportamento e lo sviluppo del cervello, in particolare i geni coinvolti nella divisione cellulare e nelle sinapsi (che trasmettono gli impulsi nervosi elettrici tra le cellule). Questi hanno suggerito che il cervello umano matura più lentamente di quello di Neanderthal.
Nello specifico, lo sviluppo del corteccia orbitofrontale nei neonati, che si ritiene sia coinvolto nella cognizione di ordine superiore come il processo decisionale, potrebbe essere cambiato in modo significativo ma sottile dopo la separazione dai Neanderthal. Inoltre, gli esseri umani raggiungono la maturità sessuale più tardi rispetto ai loro antenati, il che può aiutare a spiegare perché viviamo più a lungo.
Cervelli in crescita
Per molto tempo non è stato chiaro quali cambiamenti evolutivi siano stati i più importanti. Un team di scienziati guidato da Alisson Muotri presso l'Università della California, San Diego, ha recentemente pubblicato uno studio in Scienze che ha fatto luce su questa questione.
Lo hanno fatto coltivando mini-cervelli – conosciuti scientificamente come “organoidi” – da cellule staminali derivate dalla pelle. Gli organoidi cerebrali non sono coscienti come noi: sono molto semplici e, a causa della mancanza di afflusso di sangue, non raggiungono dimensioni superiori a circa cinque o sei millimetri. Ma possono emettere onde cerebrali e sviluppare reti neurali relativamente complesse che rispondono alla luce.
Il team ha inserito una versione estinta di un gene coinvolto nello sviluppo del cervello negli organoidi utilizzando il Premio Nobel CRISPR-Cas9 tecnologia, spesso descritta come “forbici genetiche”, che consente l’editing e la manipolazione precisa dei geni.
Sappiamo che la vecchia versione del gene era presente nei Neanderthal e nei Denisoviani, mentre una mutazione successiva ha cambiato il gene nella versione attuale che portano gli esseri umani moderni.
Gli organoidi ingegnerizzati mostravano numerose differenze. Si espandevano più lentamente degli organoidi umani e presentavano un'alterata formazione delle connessioni tra i neuroni. Erano anche più piccoli e avevano superfici ruvide e complesse rispetto ai moderni organoidi umani lisci e sferici.
Una mutazione di guida?
Lo studio ha identificato 61 geni che differiscono tra gli esseri umani moderni e arcaici. Uno di questi geni è NOVA1, che ha un ruolo essenziale nella regolazione dell'attività di altri geni durante lo sviluppo iniziale del cervello. Svolge anche un ruolo nella formazione delle sinapsi.
In precedenza è stato scoperto che l'attività alterata di NOVA1 causa disturbi neurologici come microcefalia (che porta a una testa piccola), convulsioni, grave ritardo dello sviluppo e una malattia genetica chiamata disautonomia familiare, suggerendo che è importante per la normale funzione del cervello umano. La versione portata dagli esseri umani moderni presenta una modifica in una singola lettera del codice. Questo cambiamento fa sì che il prodotto del gene, la proteina NOVA1, abbia una composizione diversa e possibilmente un'attività diversa.
Analizzando gli organoidi, gli scienziati hanno scoperto che il gene arcaico NOVA1 modificava l'attività di altri 277 geni, molti dei quali sono coinvolti nella creazione di sinapsi e connessioni tra le cellule cerebrali. Di conseguenza, i mini-cervelli avevano una rete di cellule diversa da quella di un essere umano moderno.
Ciò significa che la mutazione in NOVA1 ha causato cambiamenti essenziali nel nostro cervello. Un cambiamento in una singola lettera del codice del DNA potrebbe innescare un nuovo livello di funzione cerebrale negli esseri umani moderni. Quello che non sappiamo è come sia successo esattamente.
Il team ha detto che darà seguito alla loro affascinante scoperta studiando gli altri 60 geni in modo più dettagliato, per vedere cosa succede quando si modifica ciascuno di essi o una combinazione di più.
Si tratta senza dubbio di un'interessante area di ricerca, poiché gli organoidi forniscono importanti informazioni sul cervello di queste antiche specie. Ma siamo solo all'inizio. La manipolazione di un singolo gene non catturerà i veri Neanderthal e Denisovan genetica. Ma potrebbe comunque aiutare gli scienziati a capire come funzionano alcuni geni specifici dell’uomo.
Questo articolo è ripubblicato da The Conversation sotto una licenza Creative Commons. Leggi il articolo originale.
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