人類的腦容量（上）大約是黑猩猩（下）的三倍。｜Paul Gervais, Histoire naturelle des mammifères (1854)

作者｜卓思 上海理工大學(xué)副教授

編輯｜陳天真

從達(dá)爾文的《物種起源》開始，我們就知道，人類和黑猩猩是近親，有著共同的祖先，基因相似度極高。不過，黑猩猩的腦容量只有大約370毫升，人類則達(dá)到了1350毫升，而且我們的腦門那塊，也就是前額葉皮質(zhì)要大很多。正是從如此發(fā)達(dá)的大腦中，涌現(xiàn)出各種稀奇古怪的想法，讓人類具有強烈的好奇心和縝密的邏輯，創(chuàng)造出哲學(xué)、藝術(shù)、科學(xué)，表達(dá)自我，解釋自然?？蓡栴}是，為什么人類的大腦比猩猩更大呢？答案可能是，一個關(guān)鍵的基因差異導(dǎo)致人類的大腦更晚熟，結(jié)果慢工出細(xì)活，人類的大腦長到了猩猩的三倍那么大。人類的大腦有何不同？在成熟的人類大腦中，大約有1000億個神經(jīng)元，也就是神經(jīng)細(xì)胞。神經(jīng)元的形狀像是一棵樹，樹根是軸突，樹干是細(xì)胞體，樹枝是樹突。
神經(jīng)元示意圖。｜Devin K. Phillips

每個神經(jīng)元可以與周圍1000多個神經(jīng)元建立連接，據(jù)估計，大腦中有超過60萬億個神經(jīng)元連接，形成了一個錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)，從中涌現(xiàn)出我們的思想、情感和行為。比如，正是因為你的大腦對自身感到好奇，才指導(dǎo)小腦做出“點擊”這個動作，開始閱讀這篇文章，而此時此刻，你后腦勺的視覺皮層正在辛勤工作，處理眼前的文字信息。當(dāng)一個神經(jīng)元想要與另一個神經(jīng)元對話時，會向軸突發(fā)送一個電信號，為了快馬加鞭傳送信號，軸突往往非常長，直到與另一個神經(jīng)元的樹突相遇，才像在驛站中轉(zhuǎn)一樣，將信號交接出去。樹突則負(fù)責(zé)從四面八方接收其他神經(jīng)元的信號，所以像樹枝一樣生出許多分叉。大量神經(jīng)元彼此連接，形成錯綜復(fù)雜的網(wǎng)絡(luò)。｜medium

和人體內(nèi)功能各異的其他細(xì)胞一樣，神經(jīng)元也由胚胎干細(xì)胞分化而來。在胚胎發(fā)育初期，胚胎干細(xì)胞首先分化成圓柱形的神經(jīng)祖細(xì)胞，然后神經(jīng)祖細(xì)胞不斷分裂增殖，經(jīng)過一段時間后逐漸成熟，并減慢增殖速度，伸長形成樹形的神經(jīng)元細(xì)胞。在這個階段，神經(jīng)祖細(xì)胞增殖的次數(shù)越多，隨后產(chǎn)生的神經(jīng)元就越多。大腦的這個發(fā)育過程深刻地影響著生物的智力水平。智能更發(fā)達(dá)的物種，大腦皮層往往更大，神經(jīng)元更多。比如，人類大腦的神經(jīng)元數(shù)量是我們的靈長類近親黑猩猩和大猩猩的3倍之多。

那么，人類的大腦為什么比猩猩更大呢？**3月24號，發(fā)表在《細(xì)胞》雜志上的一項最新研究發(fā)現(xiàn)，關(guān)鍵差異可能只在于一個基因開關(guān)。**為什么人類大腦比猩猩大？要研究真實的大腦很難，于是生物學(xué)家利用人類、大猩猩和黑猩猩的干細(xì)胞培養(yǎng)出大腦組織，也就是大腦類器官，來模擬真實大腦。結(jié)果發(fā)現(xiàn)，與真正的大腦類似，人類的大腦類器官比猩猩的大得多。而之所以出現(xiàn)這種差異，是因為對于大猩猩和黑猩猩，神經(jīng)祖細(xì)胞的增殖時間在 5 天左右，而這個過程在人類的神經(jīng)祖細(xì)胞中被延長到了大約7天。這使得人類神經(jīng)祖細(xì)胞保持圓柱形的時間更長，它們緊鑼密鼓，以指數(shù)速率頻繁分裂，最終生成了相當(dāng)于大猩猩和黑猩猩3倍數(shù)量的神經(jīng)元。圖中是培養(yǎng)5周時間的大腦類器官。人類大腦的類器官比大猩猩和黑猩猩大得多（從左到右）｜S.Benito-Kwiecinski/MRC LMB/Cell

不過，到底是怎樣的洪荒之力為人類爭取到了這2天時間呢？答案是一種名為 ZEB2 的關(guān)鍵基因，它就像是一個分子開關(guān)，控制神經(jīng)祖細(xì)胞什么時候停止轉(zhuǎn)化。與猩猩相比，在人類大腦發(fā)育過程中，這個基因開關(guān)的激活時間要晚一些，從而延長了祖細(xì)胞的增殖分化過程，最終增加了神經(jīng)元的數(shù)量。接下來科學(xué)家們又開了一個更大的腦洞：如果人為操縱這個基因開關(guān)，能讓猩猩的大腦長到像人一樣大嗎？

結(jié)果發(fā)現(xiàn)，在猩猩的神經(jīng)祖細(xì)胞中，如果延遲開關(guān)激活時間，就可以使猩猩的大腦變得更接近人類；反之在人類神經(jīng)祖細(xì)胞中，如果提前激活開關(guān)，也能讓人類的大腦變得與猩猩更類似，簡直可以實現(xiàn)無縫切換。作為萬物靈長，人類和猩猩的差異到底有多大？由于類器官并不能代替真正的大腦，目前的研究只能說是一種可能性，我們還不能確定，讓人類大腦比猩猩更大的原因是否果真如此。不過，人類與猩猩大腦的差異或許只在于一個分子開關(guān)，這不禁引人思考：自詡為萬物靈長的人類，我們和猩猩的差異到底有多大？

4月15日，《細(xì)胞》雜志報道了一項重大科學(xué)突破：科學(xué)家將人類干細(xì)胞注射到猴子胚胎中，生成了人-猴嵌合體胚胎，有望在未來培育出人體器官進(jìn)行移植，結(jié)果引發(fā)了廣泛的倫理爭議。其中一個重要的爭議是，這是否會導(dǎo)致人類和其他物種的界限變得模糊？科學(xué)家將人類干細(xì)胞注射到猴子胚胎中，生成了人-猴嵌合體胚胎。｜Weizhi Ji/KMUST

我們習(xí)慣假定，物種之間的邊界是自然存在、固定不變的，而人類在所有物種當(dāng)中居于最高地位?？烧娴氖沁@樣嗎？如果大腦這個讓人類最有優(yōu)越感的器官，它之所以更大更聰明，可能只是由于生命演化過程中一次偶然的基因突變，我們該如何看待人類和其他物種的關(guān)系？又該如何利用自然的這份饋贈？是傲慢地站在食物鏈頂端，殘酷掠奪其他物種的生存領(lǐng)地，逼迫它們走向滅絕？還是更加平等地關(guān)注這個星球上的其他物種，保護(hù)它們不受傷害？在為人類謀求福利的同時，能夠超越單個物種的限制，看見整個自然界，恐怕才是我們作為萬物靈長的驕傲所在。

來源：listverse.com

參考文獻(xiàn)：

[1] Stiles J, Jernigan TL. The basics of brain development. Neuropsychology Review 2010, 20(4): 327-348.[2]Budday S, Steinmann P, Kuhl E. Physical biology of human brain development. Frontiers in Cellular Neuroscience 2015, 9: 257.[3]McDole SB-KSLGMSGAWK. An early cell shape transition drives evolutionary expansion of the human forebrain. Cell 2021.[4]Han X, Chen M, Wang F, Windrem M, Wang S, Shanz S, et al. Forebrain engraftment by human glial progenitor cells enhances synaptic plasticity and learning in adult mice. Cell Stem Cell 2013, 12(3): 342-353.[5] https://zhuanlan.zhihu.com/p/19938409[6] Tao Tan, Jun Wu, et al (2021). Chimeric contribution of human extended pluripotent stem cells to monkey embryos ex vivo. Cell 184(8), 2020-2032.

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