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人類大腦在進化過程中的擴張，特別是新大腦皮層的擴張，與諸如推理和語言等認知能力有關。有一種叫做ARHGAP11B的基因，只在人類身上表達，它能觸發大腦幹細胞形成更多的幹細胞，這是大腦更大的先決條件。
過去的研究表明，當ARHGAP11B在小鼠和雪貂體內表達到非生理上的高水平時，會導致新大腦皮層的擴張，但它與靈長類進化的相關性尚不清楚。
馬克斯普朗克研究所分子細胞生物學和遺傳學研究所(MPI-CBG)的研究員與日本川崎中央研究所實驗動物(CIEA)和慶應義塾大學的同事合作發現，當狨猴體內的這個基因表達到人體生理水平時，會引起大腦皮層腫大。這表明ARHGAP11B基因可能在人類進化過程中導致了大腦皮層的擴張。
研究人員在《科學》（Science）雜誌上發表了他們的研究結果，題爲"Human-specific ARHGAP11B increases size and folding of primate neocortex in the fetal marmoset"。
"人類的新大腦皮層是進化中最年輕的大腦皮層，它比人類的近親黑猩猩的大腦皮層大三倍。在進化過程中，新大腦皮層的褶皺增加，以適應有限的顱骨空間。對科學家來說，一個關鍵問題是人類的新大腦皮層是如何變得如此巨大的。在2015年的一項研究中，MPI-CBG的創始主任Wieland Huttner的研究小組發現，在人類特異性基因ARHGAP11B的影響下，小鼠胚胎產生了更多的神經祖細胞，甚至可以摺疊正常展開的新皮層。結果表明，ARHGAP11B基因在人類新皮層的進化擴展中起着關鍵作用。
人類特有基因的興起
大約500萬年前，人類特有的基因ARHGAP11B是普遍存在的基因ARHGAP11A的部分副本，沿着導致尼安德特人、丹尼索瓦人和現在的人類的進化譜系進化而來，在這個譜系與黑猩猩分離後，形成了黑猩猩。
在2016年的後續研究中，Wieland Huttner的研究小組發現了關於爲什麼ARHGAP11B蛋白含有47個人類特有的氨基酸序列，而這些氨基酸在ARHGAP11A蛋白中沒有發現，並且對ARHGAP11B增加腦幹細胞的能力至關重要的令人驚訝的原因。
具體來說，在ARHGAP11B基因中發現的一個C到G的鹼基替換導致ARHGAP11B信使RNA中丟失了55個核苷酸，導致閱讀框的改變，從而產生了人類特有的、功能關鍵的47個氨基酸序列。這種鹼基替換髮生的時間可能比基因出現的時間（大約在500萬年前）晚得多，約在150萬到50萬年前出現。這種點突變並不罕見，但在ARHGAP11B的例子中，它形成更大大腦的優勢似乎立即影響了人類的進化。
基因對猴子的影響
然而，目前還不清楚人類特有的基因ARHGAP11B是否也會導致非人類靈長類動物的新大腦皮層增大。爲了研究這個問題，Wieland Huttner聯手日本川崎中央研究所實驗動物(CIEA) 的Erika Sasaki以及慶應義塾大學的Hideyuki Okano進行研究，後者開創了一種技術，可以產生轉基因非人類的靈長類動物。該研究的第一作者、博士後Michael Heide前往日本，直接在現場與同事們一起工作。
他們產生了轉基因的普通絨猴，一種新世界猴，發育的新大腦皮層中表達了人類特有的基因ARHGAP11B，但它們通常沒有這種基因。與德國一樣，日本在動物研究和動物福利方面也有同樣高的道德標準和法規。在日本獲得101天大的普通絨猴胎兒(正常出生前50天)的大腦，並送到MPI-CBG進行詳細分析。
Michael Heide解釋道："我們確實發現，普通絨猴的大腦皮層被擴大，大腦表面被摺疊。它的皮質板也比正常的厚。此外，我們可以看到心室外下區基底橈神經膠質祖細胞的數量增加，以及上層神經元的數量增加，這種神經元類型在靈長類動物進化過程中增加。"研究人員現在有功能證據表明，ARHGAP11B導致了靈長類動物新大腦皮層的擴張。
道德的考慮
領導這項研究的Wieland Huttner補充道："我們的分析侷限於絨猴胎兒，因爲我們預期這種人類特有基因的表達會影響絨猴的新大腦皮層的發育。考慮到胎兒出生後大腦功能可能出現的不可預見的後果，我們認爲這是先決條件--從倫理角度來說也是強制性的，即首先要確定ARHGAP11B對胎兒絨猴新大腦皮層發育的影響。"
研究人員認爲，這些結果表明，人類特有的ARHGAP11B基因可能在人類進化過程中導致了新大腦皮層的擴展。
參考資料：
Human brain size gene triggers bigger brain in monkeys
"Human-specific ARHGAP11B increases size and folding of primate neocortex in the fetal marmoset" Science (2020). DOI：10.1126/science.abb2401
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