Той изолира ДНК от египетските мумии. Той откри Денизованците, изчезнал вид древен човек, чрез секвениране на ДНК от мъничко парче кост. Той проведе голямо проучване за реконструкция на неандерталския геном - и откри следи от техните гени, които все още дебнат в някои от нас днес. Сега шведският генетик д-р Сванте Паабо иска отново да обърне палеонтологията с главата надолу - този път той планира да отглежда неандерталски стволови клетки в малки мозъчни органоиди в епруветка.
Той не планира напълно да възстанови мозъка на неандерталеца във вана - по-скоро иска да използва редактирането на гени, за да даде на човешки стволови клетки няколко варианта на гени, открити в неандерталците. След това тези редактирани стволови клетки се поставят в малки мозъчни клетки, които имитират развитието на мозъка на плода, заедно със собствените си кръвоносни съдове, невронни мрежи и функциониращи синапси.
Сравнявайки растежа на неандертализираните мини-мозъци с този на човек, Паабо се надява да подчертае генетичните фактори, които ни правят толкова специални.
„Неандерталците бяха интелигентни като другите бозайници. Те не излязоха в океана, освен ако не видяха другия бряг “, казва Паабо. „Но за мен най-големият въпрос в историята на човечеството е: защо станахме толкова отчаяни?“
ДНК революция
Палеонтолозите отдавна се чудят как еволюцията е заслепила нашите невероятни мозъци. Сравнявайки нашата генетика с тази на най-близките ни братовчеди на маймуна, генетиците старателно изолират шепа критично различни гени. Например, малките мутации във FOXP2 изглежда са в основата на способността ни да формираме сложни фонеми и думи. Някои дори смятат, че FOXP2 е ключова биологична полза, която ни дава богатият, богат език.
За съжаление сравнението на геномите може да разкрие само гени, които се различават между хората и маймуните - но как тези гени оформят нашето мозъчно развитие остава без отговор.
Промоционално видео:
„В миналото ние просто се ограничавахме да разглеждаме последователността на данните и да каталогизираме различията в други примати“, оплаква се неврогенетикът Саймън Фишер, който ръководи Института за психолингвистика Макс Планк в Неймеген, Холандия. "Малко се разочаровахме, след като работихме с традиционни инструменти толкова години."
Сега, благодарение на невероятната ДНК технология, всичко е на път да се промени.
Преди около тридесет години Паабо започна сериозно да обмисля радикална идея: може ли ДНК да бъде извлечена от мъртва тъкан? Въпреки че ДНК е сравнително стабилна в сравнение с други биомолекули като протеини, тя започва да разпада бързо след смъртта. Известната двойна спирала, внимателно навита от природата в компактни структури, се разпада на по-къси и по-къси фрагменти във времето. Поставянето на тези фрагменти обратно в кохерентни структури се оказва изключително трудно, но през 1985 г., използвайки останките на мумия на 2400 години, Паабо убедително показа, че това може да се направи.
Това откритие отвори вратите на палеонтологията. Учените вече не са обвързани с традиционната ДНК на съвременните, живи видове; те сега имат мощен инструмент да се върнат назад във времето и да изследват загубената в историята ДНК.
Заслепен от този първоначален успех, Паабо се обърна към неандерталците, мистериозен клон от хора, който изчезна преди повече от 30 000 години. През 2016 г. той публикува първия пълен неандерталски геном, шокиращ учените и обществеността с интригуващ резултат: 1 до 6 процента от неандерталските гени присъстват при хора от Европа, Близкия и Далечния Изток. С други думи, в някакъв момент от древната история, нашите предци танцуваха хоризонтално танго със своите неандерталски братовчеди, а ние сме пряко наследство на тези танци.
„Неандерталците са оставили отпечатък върху ДНК на хората, живеещи днес. Много е готино. Неандерталците не бяха напълно изчезнали”, казва Паабо по онова време.
Откритието му доведе до по-широк въпрос: До каква степен неандерталците са свързани с нас? Подобно на съвременните хора, тези широкоъгълни хоминиди с изявен венец са живели в пещери и рисувани по стени, създавали шапки и украсявали телата си с цветя много преди съвременните хора да стъпят в Европа. Те обаче изчезнаха и хората достигнаха милиард на брой и се разпръснаха по целия свят.
Сравнявайки нашите геноми, екипът на Paabo идентифицира няколко региона, съдържащи вариации на ДНК - промени, които могат да помогнат на хората да се адаптират. Сред тях са геномните региони, които играят роля в когнитивното развитие.
Въпреки че нашите диво различни съдби може да не са изцяло свързани с различията в познанието, Паабо смята, че това е доброто място за начало. И благодарение на органелите на мозъка, той вече може да тества идеята си.
Мозъчни топки
Мозъчните органоиди се наричат по различен начин: церебрални сфери, мини-мозъци, церебрални органели. За първи път измислени през 2013 г., тези причудливи топки или капки за мозък изглеждат доста страховито. Но тъй като растежът им отразява развитието на човешкия ембрионален мозък, тези топчета бързо се превърнаха в любима играчка за невролозите.
Има много различни рецепти за приготвяне на мозъчни органели, но те обикновено се правят от стволови клетки на човека. Под внимателно наблюдение клетките бавно се развиват в деформирани парчета мозъчна тъкан с помощта на химическа супа. Подобно на истинския човешки мозък, повечето капки съдържат структура, подобна на мозъчната кора, набръчкания външен слой на мозъка, който организира познавателни функции на по-високо ниво, като внимание, език и мисъл.
След достатъчно време невроните в мозъчните топки се запълват с електрическа активност и се свързват с невронни мрежи, като някои връзки се простират през целия органоид. Тези мозъчни капки не са „мини-мозъци“в смисъл, че могат да мислят или усещат, не. Но внимателен анализ на техния клетъчен състав и генната експресия разкри набор от функционални невронални типове, чиято комбинирана работа наподобява мозъка на ембрион от втори триместър.
С други думи, мозъчните топки са идеални кандидати за изучаване на развитието на мозъка. От създаването си те са били използвани за имитиране на аутизъм, шизофрения и изследване на ефектите на вируса Zika върху мозъка на плода.
И сега, благодарение на Paabo, те ще намерят приложение в палеонтологията.
Възраждане на неандерталците
За да възстановят целия геном на неандерталеца, учените би трябвало да променят милион гени. Тази амбициозна цел в момента не е възможна дори със сложни инструменти за редактиране на геноми като CRISPR.
Вместо грубо да редактира всички варианти на неандерталците в човешките стволови клетки, Паабо предприема по-фин подход: той въвежда само три ключови гена, които се различават при хората и неандерталците и след това проследява ефектите на тези гени върху развитието на мозъка.
Това е доказан метод.
Преди няколко години, работейки с Wieland Hattner, невролог в Института Макс Планк за молекулярна клетъчна биология и генетика, екипът отглежда мозъчни органели, използвайки левкоцити от хора и други примати. Мозъчните капки се развиват в продължение на няколко седмици, което позволява на учените да сравняват и контрастират как се различава растежа на клетките между отделните видове. Използвайки жива микроскопия, учените са установили, че човешките клетки стават един и половина пъти по-дълги от маймуните, за да подравнят хромозомите си, преди да се разделят на дъщерните клетки. И това удължаване по някакъв начин помага на хората да генерират много повече нервни стволови клетки от нашите най-близки роднини на примати.
Паабо се надява да открие повече от тези поразителни разлики в неандерталските мини-мозъци, тъй като те биха могли да обяснят защо съвременните хора са се завладели като вид.
„Най-добрият резултат би бил, че генетичните промени водят до по-дълъг или разклонен невронален растеж“, казва той. "Бихте могли да кажете, че това е биологичната основа, защо мозъкът ни функционира различно."
В крайна сметка това е само началото на изучаването на човешката уникалност, което стана възможно едва сега.
Иля Кел
