走进科学
百万年前遗传上一次偶然性事件，彻底改变了人类的大脑
就像代代祖传的秘方一样，有些DNA区域是进化也不敢动的。各种各样的核心编码序列被普遍的哺乳动物所共享，在数百万年里保持不变。
人类是这个俱乐部的奇怪例外。出于某种原因，我们古老祖先长期的核心代码在短暂的时间内突然被“迭代”了。
因为我们是唯一一个如此快速地重写相关代码的物种，所以那个区域被称为“人类加速区域”(或HARs)。更重要的是，科学家认为至少有一些HARs可能是造成人类与我们的近亲，如黑猩猩和倭黑猩猩，有很多不同之处的根本原因。
在美国Gladstone数据科学与生物技术研究所的计算生物学家Katie Pollard领导下，一个研究团队在近二十年前比较人类和黑猩猩基因组时发现了HARs。在一项新的研究中，Pollard团队发现，人类DNA在细胞核中的三维折叠是我们物种这一关键时刻的一个重要因素。
想象一下，从我们与黑猩猩最后一个共同祖先那里继承下来的一段DNA就像一条长围巾缠绕在你的脖子上，它的整个长度上有各种颜色的条纹。现在想象有人试图制作一条完全相同的围巾，但他们没有完全遵循原来的图案。有些条纹更窄，有些更宽，有些颜色的顺序和原来的不一样。当你用和原来一样的方式把那条新围巾缠绕在你的脖子上时，环中相邻的条纹就不再相同了。
就像这条围巾一样，人类和黑猩猩DNA之间的一个大区别是结构上的：人类基因组中有大块的DNA构建块被插入、删除或重新排列。所以人类DNA在细胞核中折叠得不同于其他灵长类动物。
Pollard团队调查了人类DNA中这些结构变化和其改变后的三维折叠是否导致HARs中特定基因被“劫持”，将它们与不同于原来应用到的蛋白质编码基因联系起来。
HARs中许多基因与其他基因相连，起到增强作用(意味着它们增加了它们所连接基因的转录)。
“增强子可以影响任何最终靠近它们的基因的活性，这取决于DNA是如何折叠的。”Pollard说。
在今年早些时候发表的一项研究中，Pollard团队创建了一个模型，表明早期人类HARs中出现的快速变异往往相互抵消，使增强子活性上下波动，在某种程度上进行了遗传微调——这个模型得到了他们新研究的支持。
在他们最近的研究中，该团队比较了241种哺乳动物物种的基因组，使用机器学习来处理大量数据。他们确定了312个HAR，并检查它们位于折叠DNA三维“邻域”中的位置。
几乎30% 的HAR位于DNA区域中，在这些区域中，结构变化导致人类基因组与其他灵长类动物不同地折叠。该团队还发现含有HARs 的邻域富含将人类与我们最近亲属黑猩猩区别开来的基因。
在比较生长中的人类和黑猩猩干细胞中DNA 的实验中，三分之一被确定为HARs 的基因特异性地在人类新皮质发育过程中转录。
许多HARs 在胚胎发育过程中起作用，特别是在形成与智力、阅读、社交技能、记忆、注意力和专注力相关联神经通路方面——我们知道这些特征在人类和其他动物之间有明显不同。
在HARs 中，这些增强子基因，在数百万年里保持不变，在适应它们不同目标基因和调节区域方面可能不得不做出改变。
“想象你是一个控制血液激素水平的增强子，然后DNA以一种新方式折叠起来，突然间你坐在一个神经递质基因旁边，并需要调节大脑而不是血液中化学物质水平。”Pollard说。“像这样大事发生了——比如这种大规模改变基因组折叠——我们细胞必须迅速修复它以避免进化劣势。”
我们还不清楚这些变化具体如何影响我们大脑发育方面特定方面，并且它们如何成为我们物种DNA 不可或缺部分。但Pollard 和她团队已经计划深入探讨这些问题。
但他们目前为止所做出来工作确实显示出人类大脑进化有多么独特——也多么地不可能。
本文发表于Science。
https://www.sciencealert.com/a-chance-event-1-million-years-ago-changed-human-brains-forever