Viņš izolēja DNS no Ēģiptes mūmijām. Viņš atklāja seno cilvēku izmirušo sugu Denisovans, secējot DNS no niecīga kaula gabala. Viņš vadīja lielu pētījumu, lai rekonstruētu neandertāliešu genomu - un atrada viņu gēnu pēdas, kas mūsdienās joprojām slēpjas dažos no mums. Tagad zviedru ģenētiķis Dr. Svante Paabo vēlas atkal pagriezt paleontoloģiju otrādi - šoreiz viņš mēģenē mēģina audzēt neandertāliešu cilmes šūnas sīkos smadzeņu organoīdos.
Viņš neplāno pilnībā atjaunot neandertāliešu smadzenes tvertnē - drīzāk viņš vēlas izmantot gēnu rediģēšanu, lai cilvēka cilmes šūnām sniegtu vairākus gēnu variantus, kas atrodami neandertāliešos. Šīs rediģētās cilmes šūnas pēc tam ievieto mazās smadzeņu šūnās, kas imitē augļa smadzeņu attīstību, komplektā ar saviem asinsvadiem, neironu tīkliem un funkcionējošām sinapsēm.
Salīdzinot neandertalizētu mini-smadzeņu augšanu ar cilvēku, Paabo cer izcelt ģenētiskos faktorus, kas mūs padara tik īpašus.
Neandertālieši bija inteliģenti tāpat kā citi zīdītāji. Viņi neizgāja okeānā, ja neredzēja otru krastu,”stāsta Paabo. "Bet man lielākais jautājums cilvēces vēsturē ir: kāpēc mēs esam kļuvuši tik izmisīgi?"
DNS revolūcija
Paleontologi ilgi domājuši, kā evolūcija ir apžilbinājusi mūsu apbrīnojamās smadzenes. Salīdzinot mūsu ģenētiku ar mūsu tuvāko pērtiķu brālēnu ģenētiku, ģenētiķi ir saudzīgi izdalījuši nedaudz kritiski atšķirīgu gēnu. Piemēram, mazas FOXP2 mutācijas, šķiet, ir pamatā mūsu spējai veidot sarežģītas fonēmas un vārdus. Daži pat uzskata, ka FOXP2 ir galvenais bioloģiskais ieguvums, ko mums dod mūsu bagātīgā, bagātīgā valoda.
Diemžēl, salīdzinot genomus, var atklāt tikai gēnus, kas cilvēkiem un pērtiķiem atšķiras, taču paliek neatbildēts, kā šie gēni veidoja mūsu smadzeņu attīstību.
Reklāmas video:
“Agrāk mēs tikai aprobežojāmies ar datu secības apskatīšanu un atšķirībām citu primātu kataloģizācijā,” žēlojas neiroģenētiķis Saimons Fišers, kurš vada Maks Planka psiholingvistikas institūtu Neimegenā, Nīderlandē. "Pēc tam, kad tik ilgus gadus strādājām ar tradicionālajiem instrumentiem, mēs bijām nedaudz vīlušies."
Tagad, pateicoties pārsteidzošajai DNS tehnoloģijai, viss mainīsies.
Apmēram pirms trīsdesmit gadiem Paabo sāka nopietni apsvērt radikālu ideju: vai no mirušajiem audiem var iegūt DNS? Kaut arī DNS ir salīdzinoši stabils salīdzinājumā ar citām biomolekulēm, piemēram, olbaltumvielām, pēc nāves tas sāk strauji samazināties. Slavenā dubultā spirāle, kuru daba rūpīgi saplūst kompaktajās struktūrās, laika gaitā sadalās īsākos un īsākos fragmentos. Ievietot šos fragmentus saskaņotās struktūrās izrādās ārkārtīgi grūti, taču 1985. gadā, izmantojot 2400 gadus vecas mūmijas mirstīgās atliekas, Paabo pārliecinoši parādīja, ka to var izdarīt.
Šis atklājums pavēra paleontoloģijas durvis. Zinātniekus vairs nesaista mūsdienu dzīvo, dzīvo sugu tradicionālās DNS; viņiem tagad ir jaudīgs rīks, lai dotos atpakaļ laikā un izpētītu vēsturē zaudēto DNS.
Apžilbināts no šiem sākotnējiem panākumiem, Paabo pievērsās neandertāliešiem - noslēpumainai cilvēku filiālei, kas izmira pirms vairāk nekā 30 000 gadiem. 2016. gadā viņš publicēja pirmo pilnīgo neandertāliešu genomu, šokējot zinātniekus un sabiedrību ar intriģējošu rezultātu: 1 līdz 6 procenti neandertāliešu gēnu bija sastopami cilvēkiem no Eiropas, Tuvajiem Austrumiem un Tālajiem Austrumiem. Citiem vārdiem sakot, kādā senās vēstures brīdī mūsu senči dejoja horizontālo tango ar savām neandertāliešu māsīcām, un mēs esam šo deju tiešs mantojums.
“Neandertālieši ir atstājuši pēdas mūsdienās dzīvojošo cilvēku DNS. Tas ir ļoti forši. Neandertālieši nebija pilnībā izmiruši,”toreiz sacīja Paabo.
Viņa atklājums izraisīja plašāku jautājumu: cik lielā mērā neandertālieši ir saistīti ar mums? Tāpat kā mūsdienu cilvēki, šie plaši žokļa hominīdi ar ievērojamu pieri dzīvoja alās un gleznoja uz sienām, veidoja cepures un dekorēja savu ķermeni ar ziediem ilgi pirms mūsdienu cilvēki sāka staigāt Eiropā. Tomēr viņi izmira, un cilvēku skaits sasniedza miljardu un izklīda visā pasaulē.
Salīdzinot mūsu genomus, Paabo komanda identificēja vairākus reģionus, kuros bija DNS variācijas - izmaiņas, kas varētu palīdzēt cilvēkiem pielāgoties. Starp tiem ir genoma reģioni, kuriem ir nozīme izziņas attīstībā.
Kaut arī mūsu mežonīgi atšķirīgie likteņi var nebūt pilnībā saistīti ar izziņas atšķirībām, Paabo domā, ka šī ir laba vieta, kur sākt. Pateicoties smadzeņu organelliem, viņš tagad var pārbaudīt savu ideju.
Smadzeņu bumbiņas
Smadzeņu organoīdus sauc atšķirīgi: smadzeņu sfēras, mini-smadzenes, smadzeņu organellās. Šīs dīvainās bumbiņas vai smadzeņu pilieni, kas pirmo reizi tika izgudroti 2013. gadā, izskatās diezgan rāpojoši. Bet, tā kā to augšana atspoguļo cilvēka embrionālo smadzeņu attīstību, šīs bumbiņas ātri kļuva par iecienītu rotaļlietu neirozinātniekiem.
Smadzeņu organellu pagatavošanai ir daudz dažādu receptūru, taču tās parasti tiek izgatavotas no cilvēka cilmes šūnām. Stingrā uzraudzībā, izmantojot ķīmisku zupu, šūnas lēnām attīstās deformētos smadzeņu audu gabalos. Līdzīgi kā reālās cilvēka smadzenēs, lielākajā daļā pilienu ir smadzeņu garozai līdzīga struktūra, smadzeņu saburzītais ārējais slānis, kas organizē augstākas pakāpes izziņas funkcijas, piemēram, uzmanību, valodu un domu.
Pēc pietiekama laika smadzeņu bumbiņās esošie neironi tiek piepildīti ar elektrisko aktivitāti un savienojas ar neironu tīkliem, un daži savienojumi stiepjas pa visu organoīdu. Šie smadzeņu pilieni nav “mini-smadzenes” tādā nozīmē, ka viņi var domāt vai sajust, nē. Bet rūpīga viņu šūnu sastāva un gēnu ekspresijas analīze atklāja funkcionālu neironu tipu kopumu, kuru apvienotais darbs atgādina otrā trimestra embrija smadzenes.
Citiem vārdiem sakot, smadzeņu bumbiņas ir ideāli kandidāti smadzeņu attīstības izpētei. Kopš viņu pirmsākumiem viņi ir izmantoti, lai atdarinātu autismu, šizofrēniju un pētītu Zika vīrusa ietekmi uz augļa smadzenēm.
Un tagad, pateicoties Paabo, viņi atradīs pielietojumu paleontoloģijā.
Neandertāliešu atdzimšana
Lai atjaunotu visu neandertāliešu genomu, zinātniekiem būtu jāmaina miljons gēnu. Šis ambiciozais mērķis šobrīd nav iespējams pat ar tādiem sarežģītiem genoma rediģēšanas rīkiem kā CRISPR.
Tā vietā, lai rupji rediģētu visus neandertāliešu variantus cilvēka cilmes šūnās, Paabo izmanto smalkāku pieeju: viņš iepazīstina tikai ar trim galvenajiem gēniem, kas atšķiras starp cilvēkiem un neandertāliešiem, un pēc tam izseko šo gēnu ietekmei uz smadzeņu attīstību.
Šī ir pārbaudīta metode.
Pirms vairākiem gadiem, sadarbojoties ar Wieland Hattner, Maksas Planka Molekulāro šūnu bioloģijas un ģenētikas institūta neirozinātnieku, komanda audzēja smadzeņu organellus, izmantojot cilvēku un citu primātu leikocītus. Smadzeņu pilieni ir attīstījušies vairāku nedēļu laikā, ļaujot zinātniekiem salīdzināt un pretstatīt to, kā šūnu augšana dažādās sugās atšķiras. Izmantojot dzīvu mikroskopiju, zinātnieki ir noskaidrojuši, ka cilvēka šūnas kļūst pusotras reizes garākas nekā pērtiķiem, lai pirms sadalīšanas meitas šūnās izlīdzinātu viņu hromosomas. Un šis pagarinājums kaut kā palīdz cilvēkiem radīt daudz vairāk neironu cilmes šūnu nekā mūsu tuvākie primātu radinieki.
Paabo cer atrast vairāk no šīm pārsteidzošajām atšķirībām neandertāliešu mini-smadzenēs, jo tās varētu izskaidrot, kāpēc mūsdienu cilvēki ir iekarojuši kā sugu.
"Labākais rezultāts būtu tāds, ka ģenētiskās izmaiņas noved pie ilgāka vai vairāk sazarota neironu augšanas," viņš saka. "Jūs varētu teikt, ka tas ir bioloģiskais pamats, kāpēc mūsu smadzenes darbojas savādāk."
Galu galā tas ir tikai sākums cilvēka unikalitātes izpētei, kas ir kļuvis iespējams tikai tagad.
Iļja Khel
