Iz egiptovskih mumij je izoliral DNK. Odkril je Denisovane, izumrlo vrsto starodavnega človeka, in sicer s sekvenciranjem DNK iz drobnega koščka kosti. Vodil je veliko študijo o rekonstrukciji neandertalčevega genoma - in našel sledi njihovih genov, ki še danes skrivajo nekatere izmed nas. Zdaj želi švedski genetičar dr. Svante Paabo paleontologijo spet obrniti na glavo - tokrat namerava gojiti neandertalske matične celice v drobnih možganskih organoidih v epruveti.
Ne namerava popolnoma obnoviti možganov neandertalca v kadi - raje želi uporabiti urejanje genov, da bi človeškim matičnim celicam dal več različic genov, ki jih najdemo v neandertalcih. Te urejene matične celice se nato namestijo v majhne možganske celice, ki posnemajo razvoj ploda v možganih, skupaj z lastnimi krvnimi žilami, nevronskimi mrežami in delujočimi sinapsami.
S primerjanjem rasti neandertaliziranih mini možganov z rastjo človeka, Paabo upa, da bo izpostavil genetske dejavnike, ki nas delajo tako posebne.
»Neandertalci so bili inteligentni kot drugi sesalci. Niso šli v ocean, če niso videli druge obale, "pravi Paabo. "Ampak zame je največje vprašanje v zgodovini človeštva: zakaj smo postali tako obupani?"
Revolucija DNK
Paleontologi so se že dolgo spraševali, kako je evolucija oslepila naše neverjetne možgane. S primerjavo naše genetike z najbližjimi bratranci, ki se ukvarjajo z opicami, so genetiki boleče izolirali peščico kritično različnih genov. Na primer, majhne mutacije v FOXP2 zdijo podlaga za našo sposobnost tvorjenja zapletenih fonemov in besed. Nekateri celo verjamejo, da je FOXP2 ključna biološka korist, ki nam jo daje naš bogat, bogat jezik.
Na žalost lahko primerjava genomov razkrije le gene, ki se med ljudmi in opicami razlikujejo - toda, kako so ti geni oblikovali naš možganski razvoj ostaja neodgovorjen.
Promocijski video:
"V preteklosti smo se zgolj omejili na iskanje zaporednih podatkov in katalogiziranje razlik pri drugih primatih," se pritožuje nevrogenetsist Simon Fischer, ki vodi Inštitut za psiholingvistiko Max Planck v Nijmegenu na Nizozemskem. "Malo smo bili razočarani, ko smo toliko let delali s tradicionalnimi inštrumenti."
Zdaj, zahvaljujoč neverjetni tehnologiji DNK, se bo vse spremenilo.
Pred približno tridesetimi leti je Paabo začel resno razmišljati o radikalni ideji: ali se lahko DNK izloči iz mrtvega tkiva? Čeprav je DNK razmeroma stabilen v primerjavi z drugimi biomolekuli, kot so beljakovine, začne hitro razpadati po smrti. Znamenita dvojna vijačnica, ki jo narava skrbno zvije v kompaktne strukture, se sčasoma razbije na krajše in krajše drobce. Ponovno postavljanje teh fragmentov v skladne strukture se izkaže za zastrašujoče opravilo, vendar je leta 1985 s posmrtnimi ostanki 2400 let stare mumije Paabo prepričljivo pokazal, da je to mogoče storiti.
To odkritje je odprlo vrata paleontologije. Znanstveniki niso več vezani na tradicionalno DNK sodobnih, živih vrst; zdaj imajo močno orodje za vrnitev v čas in raziskovanje izgubljene DNK v zgodovini.
Zaslepljen zaradi tega prvotnega uspeha se je Paabo obrnil na neandertalce, skrivnostno vejo ljudi, ki je izumrla pred več kot 30.000 leti. Leta 2016 je objavil prvi celostni neandertalski genom, ki je šokiral znanstvenike in javnost z intrigantnim rezultatom: od 6 do 6 odstotkov neandertalskih genov je bilo prisotnih pri ljudeh iz Evrope, Bližnjega in Daljnega vzhoda. Z drugimi besedami, naši predniki so na neki točki starodavne zgodovine s svojim neandertalčevim bratrancem plesali vodoravni tango in mi smo neposredna zapuščina teh plesov.
»Neandertalci so pustili pečat na DNK ljudi, ki živijo danes. Zelo je kul. Neandertalci niso povsem izumrli, je takrat dejal Paabo.
Njegovo odkritje je vodilo do širšega vprašanja: V kolikšni meri so neandertalci povezani z nami? Tako kot sodobni ljudje so tudi ti hominidi s široko čeljustjo z izrazitim rjavcem živeli v jamah in slikali na stenah, ustvarjali klobuke in okrasili svoja telesa s cvetjem že dolgo, preden so se sodobni ljudje stopili v Evropo. Vendar so izumrli in ljudje so dosegli milijardo in se razkropili po vsem svetu.
S primerjavo naših genomov je Paabova skupina prepoznala več regij, ki vsebujejo variacije DNK - spremembe, ki bi človeku lahko pomagale pri prilagajanju. Med njimi so genomske regije, ki igrajo vlogo pri kognitivnem razvoju.
Čeprav naše divje različne usode morda niso v celoti povezane z razlikami v spoznanju, Paabo meni, da je to dobro mesto za začetek. In zahvaljujoč možganskim organelam lahko zdaj preizkusi svojo idejo.
Možganske kroglice
Možganski organoidi se imenujejo drugače: možganske sfere, mini možgani, cerebralne organele. Te bizarne kroglice ali kapljice za možgane so bile prvič izumljene leta 2013 videti precej grozno. A ker njihova rast odraža razvoj človeških embrionalnih možganov, so te kroglice hitro postale najljubša igrača nevroznanstvenikov.
Obstaja veliko različnih receptov za izdelavo možganskih organelov, navadno pa so narejeni iz človeških matičnih celic. Pod natančnim nadzorom se celice s pomočjo kemične juhe počasi razvijejo v deformirane koščke možganskega tkiva. Podobno kot v pravih človeških možganih tudi večina kapljic vsebuje strukturo, podobno možganski skorji, nagubani zunanji plasti možganov, ki organizira kognitivne funkcije višje ravni, kot so pozornost, jezik in misel.
Po zadostnem času se nevroni znotraj možganskih kroglic napolnijo z električno aktivnostjo in se povežejo v nevronske mreže, nekatere povezave pa se raztezajo skozi celoten organoid. Te možganske kapljice niso "mini možgani" v smislu, da lahko razmišljajo ali čutijo, ne. Toda natančna analiza njihove celične sestave in izražanja genov je razkrila nabor funkcionalnih nevronskih vrst, katerih kombinirano delo spominja na možgane drugega zarodka v trimesečju.
Z drugimi besedami, možganske kroglice so idealni kandidati za študij možganskega razvoja. Od začetka uporabe so ga uporabljali za posnemanje avtizma, shizofrenije in preučevanje učinkov virusa Zika na plodove možgane.
In zdaj bodo po zaslugi Paabo našli aplikacije v paleontologiji.
Preporod neandertalcev
Za obnovitev celotnega neandertalčevega genoma bi morali znanstveniki spremeniti milijon genov. Ta ambiciozen cilj trenutno ni mogoč niti pri zapletenih orodjih za urejanje genomov, kot je CRISPR.
Namesto da grobo ureja vse neandertalske različice v človeških matičnih celicah, Paabo uporablja bolj subtilen pristop: uvaja le tri ključne gene, ki se med ljudmi in neandertalci razlikujejo, nato pa sledi vplivom teh genov na razvoj možganov.
To je preizkušena metoda.
Pred nekaj leti je ekipa v sodelovanju z Wielandom Hattnerjem, nevroznanstvenikom z Inštituta Max Planck za molekularno celično biologijo in genetiko, gojila možganske organele z uporabo levkocitov iz ljudi in drugih primatov. Možganske kapljice so se razvijale v več tednih, kar omogoča znanstvenikom, da primerjajo in primerjajo, kako se rast celic razlikuje med vrstami. S pomočjo mikroskopije v živo so znanstveniki ugotovili, da človeške celice postanejo pol in večkrat daljše kot opice, da bi svoje kromosome poravnale, preden so se razdelile na hčerinske celice. In to podaljšanje nekako pomaga človeku ustvariti veliko več nevronskih matičnih celic kot naši najbližji sorodniki primatov.
Paabo upa, da bo pri mini neandertalčevih mini možganih našel več teh presenetljivih razlik, saj bi lahko razložili, zakaj so sodobni ljudje osvojili vrsto.
"Najboljši rezultat bi bil, da genetske spremembe vodijo do daljše ali bolj razvejane rasti nevronov," pravi. "Lahko bi rekli, da je to biološka osnova, zakaj naši možgani delujejo drugače."
Konec koncev je to šele začetek preučevanja človeške edinstvenosti, ki je postalo možno šele zdaj.
Ilya Khel
