尼安德特人灭绝4万年后“重现人间” 科学家培育其大脑欲揭消失之谜

豌豆大小的尼安德特人微型大脑携带着祖传的NOVA1基因。每个“豌豆”大约有40万个细胞。

尼安德特人大约在4万年前就已经灭绝了，但多亏了前沿科学，现在加州有一个实验室，里面的培养皿装满了豌豆大小的尼安德特人大脑。

为什么研究人员要培育和研究这些微型大脑?他们说原因是这些小的神经块可能揭示了为什么尼安德特人灭绝了，而智人继续征服了大部分的地球。

“尼安德特人很有趣，因为他们与我们共享地球，现在有基因证据表明我们曾经上与他们一起繁殖过，”研究负责人、加州大学圣迭戈分校(UCSD)干细胞项目主任阿里森·Muotri(Alysson Muotri)告诉《生命科学》(Live Science)杂志。

Muotri说，也许尼安德特人和人类大脑之间的基因差异可以解释他们的死亡和我们的成功。换句话说，人类之所以能够取得巨大的技术进步，可能是因为我们有复杂的神经网络，而尼安德特人没有。

Muotri在UCSD的一个名为“想象与人类起源”(Imagination and Human Origins)的会议上介绍了这项研究，这项研究尚未在同行评议的期刊上发表。

建立大脑

为了进行研究，Muotri和他的同事们将尼安德特人的基因组与现代人的基因组进行了对比(尼安德特人基因早前从化石骨骼中提取，并由其他研究人员测序)。在这两个物种出现显著差异的200个候选基因中，研究人员决定只关注其中一个：一个叫做NOVA1的主基因表达调控基因 。

Muotri说，NOVA1在神经发育过程中被高度表达，并与神经状况有关，如自闭症和精神分裂症。NOVA1基因在人类和尼安德特人身上非常相似——只有一个碱基对(或一对DNA“核苷酸”)在两者之间是不同的。

科学家们已经在实验室中培育出了微型人体器官，也就是所谓的类器官。为了培育微型的尼安德特人大脑(研究人员开玩笑地称其为类尼安德特人)，他们使用基因编辑工具CRISPR将人类多能干细胞或未成熟的细胞(这些细胞可以发育成人体的任何细胞)“尼安德特人化”，Muotri说。

人类的微型大脑和圆形，球形的类器官。

然后，利用他们的内部协议，“我们诱导干细胞成为一个大脑器官，”Muotri说，这个过程需要6到8个月。现在，尼安德特人微型大脑已经发育成熟，它们的体型约为0.2英寸(0.5厘米)，“所以一旦它们成熟，你可以用肉眼看到他们，”他说。

微型大脑不能长得更大了，因为它们没有血管化，这意味着它们没有血液供应。而微型大脑细胞(每个大脑约有40万个)则通过扩散的方式来接收营养物质。

Muotri说：“将来我们有可能培育出更大的有机体。我们正在通过生物打印的人造血管来解决这个问题。”

鲜明的差异

人类实验室培育的大脑通常是圆形的，但尼安德特人的不是。Muotri说，相反，尼安德特人的微型大脑有细长的管状结构，使他们具有爆米花的形状。

他指出，尼安德特人的一些细胞在发育过程中也从来源迁移得更快，这可以解释为什么会有不寻常的爆米花形成。

此外，Muotri补充说，尼安德特人没有那么多的突触连接和神经元之间的连接，而且还改变了神经网络。

这些特征看起来与自闭症患者的微型大脑非常相似，然而，就算两者之间有连接，也很难说这种相似性意味着什么，他说。

Muotri说，“有相关性并不意味着它们是相似的，眼下我们只能进行推测。”

德国莱比锡马克斯·普朗克演化人类学研究所所长斯万特·帕博(Svante Paabo)没有参与这项研究，但他说，这项研究仍处于早期阶段，而且值得注意的是，该项目有一些局限性。

“类器官远远不能告诉我们成年人的大脑是如何运作的，”Paabo告诉《科学》杂志。他和他的同事们也在致力于制造微型尼安德特人大脑，这种方法有时会引入意料之外的突变，Paabo说。

尽管如此，通过控制实验，“我很有希望我们能克服这些疑问，”Paabo告诉《科学》杂志，并补充说他希望将尼安德特人与黑猩猩或人类细胞创造的微型大脑进行比较。

接下来

Muotri的团队现在正在尝试另一种类似科幻的挑战。他们发明了一种方法，可以让机器人测量人类微型大脑发出的电信号，通过将机器人与微型大脑连接起来，他们希望创建一个“学习反馈回路”，帮助微型大脑引导机器人探索周围的环境。

Muotri说：“最终，我们希望将尼安德特人化的微型大脑与机器人进行比较，以测试其学习能力。”

总之，类器官研究可能揭示出哪些遗传变异对人类成功至关重要。Muotri说：“通过系统地这样做，我们将了解是哪些遗传变异使我们成为独一无二的人类，以及为什么这些变异会被选中留下来。”