染色体中某些部分的快速演化成就了现代人
染色体中某些部分的快速演化成就了现代人
600万-700万年前，人类和黑猩猩从共同的祖先南方古猿分化出来，之后，人类的大脑加速演化，不仅容量增加近2/3，而且大脑皮层变得更复杂，由此决定了人类有了更好的灵性和创造性。
对于人类大脑加速演化的原因，一直有很多研究试图揭开奥秘。美国加州大学旧金山分校威尔神经科学研究所和人类遗传学研究所的沈音（Yin Shen）教授团队2025年2月26日发表在《自然》杂志的一项研究提出，人的染色体中被称为人类加速区域（Human Accelerated Regions,HARs）的部分在人类与黑猩猩分道扬镳后演化速度最快。由此决定了人类的大脑变得更大和功能更为复杂，智力更高。
人的基因组里存在数千个人类加速区域，它们的快速演化使得人类的大脑在与黑猩猩分道扬镳之后加速演化。视觉中国|图
人类与黑猩猩的基因组序列有99%的相似度，但在基因组表型上存在显著差异。而编码蛋白的基因的差异并不能完全解释人与黑猩猩的差异和特性，这提示决定人类特性的关键基因可能隐藏在非编码区域。
近年的研究发现，人的基因组里存在着数千个人类加速区域。HARs是一类哺乳动物中高度保守并且短小的基因组序列，在人类与黑猩猩分化后，这些区域产生了快速的突变积累。人的HARs演化速度比其他哺乳动物（包括非人灵长类）快约10倍，相当于在10万年内经历了100万年的演化过程。
由于人类的大多数HARs位于基因组的非编码区域，而且在与神经发育相关的基因附近有较多的聚集，研究人员推测它们可能在大脑发育过程中作为增强子发挥了重要作用，涉及人类独特的认知功能及神经发育障碍（如自闭症谱系障碍和精神分裂症）。但是，这种推测并无相关的研究结果证实。
为此，沈音团队试图探索人类HARs在基因转录调控中的作用及其对大脑神经元演化与发育的作用。
研究团队采用多种方式比较人类和黑猩猩的HARs，包括比较人类和黑猩猩诱导的多功能干细胞分化的兴奋性神经元的转录组、染色质开放性表观基因组以及编码基因启动子区域染色质相互作用的精细图谱，对已注释的人的3257个HARs与黑猩猩的同源基因序列进行了比较分析。
结果发现，与黑猩猩神经元相比，人类神经元中上调的基因在HARs附近富集，提示HARs作为转录增强子在人类神经元中具有更重要的作用。研究团队还通过单细胞CRISPRi技术检测了20个优先选择的位于大脑发育与功能基因附近的HARs和黑猩猩的同源基因序列，发现12个HARs在人体神经元中表现出增强子作用，但黑猩猩同源基因序列中仅有4个体现出增强子功能。
对HARs中两个典型的基因的研究揭示了人类与黑猩猩的大脑为何发育不同。HAR26和2xHAR.178特异性调控细胞因子信号传导抑制因子2（SOCS2）等神经相关基因，在人类和黑猩猩神经元中表现出不同的调控模式。对器皿中的黑猩猩HAR26和2xHAR.178的同源基因序列中引入人类特有的HARs碱基后，SOCS2的表达水平显著上调，促使黑猩猩的神经元形成更多更长的神经纤突，就像人类的神经元一样。
人类神经元一般有多个神经纤突，是一些细丝状的突起，功能是帮助神经细胞发送和接收信号，在构建复杂的神经网络、促进神经系统电信号的传递，以及支撑高级的认知功能中具有关键作用。但黑猩猩的神经元只生长出单个神经突，人类的神经元有多个神经突。当人类HARs被引入黑猩猩神经元时，黑猩猩神经元也生长出了更多的神经突起。
这种情况表明，人类与黑猩猩分离后，在发育过程中通过HARs的快速演化让人类大脑神经元有了更多的神经突，不仅让人的大脑生长得更大，也建构了人类的更复杂和密集的神经网络，因而在智力上碾压包括黑猩猩在内的所有生物。
此前英国的一项研究表明，人类与黑猩猩分离后大脑快速增大的部分主要是在大脑额叶区域。黑猩猩的大脑容量只有约370毫升，人类达到了1350毫升。人类的大脑神经细胞为100亿-140亿个，黑猩猩的脑容量尽管只有人类大脑容量的1/3，但其脑细胞的数量却达到人类大脑细胞的80%，为80亿-112亿个。不过，人类的脑门那块，即额叶皮层要比黑猩猩的大很多。
人类的每个大脑半球有四个脑叶。在大脑最前部是额叶，在额叶后面的上部是顶叶，额叶后面的下部是颞叶，在脑最后部是枕叶。大脑前额叶皮层与认知、情绪、疼痛和行为管理等密切相关。尽管人类的大脑额叶只占整个大脑半球面积的25%，但它是人类最复杂的智力和心理活动的生理基础，负责计划、调节和控制人的心理活动，与人类的目的性和高级行为密切相关。额叶联合区既与注意、记忆、问题解决等高级认知功能有密切关系，也与人格发展有密切关系。
英国研究人员利用磁共振成像扫描创建了人类和黑猩猩大脑的数据驱动图谱，并分析了189只9至50岁的黑猩猩和480只20至74岁的黑猩猩的扫描结果。人类和黑猩猩的大脑在两个半球一般是对称的，同时有很多相似的解剖结构，尤其是在额叶皮层区域。患阿尔茨海默病（老年痴呆）和几种类型痴呆的患者在大脑的这个区域受到损害，证明这一区域与大脑痴呆有关联。
人类58岁大约相当于黑猩猩的50岁，通过大脑扫描图，研究人员测量了58岁以下人类大脑和50岁以下黑猩猩大脑中的灰质，发现随着时间的推移两者都有萎缩，但程度不一，大脑灰质的萎缩是衰老的表现之一。不过，两者的大脑萎缩既有区别，又有共性。
人类的大脑额叶皮层（包括前额叶皮层）的萎缩幅度最大，而黑猩猩在参与习性形成和奖励行为的中央结构（纹状体）的萎缩幅度最大。但是，人类和黑猩猩的涉及视觉处理和运动技能的大脑区域受衰老的影响较小，这是两者涉及大脑衰老的共同地方。
研究人员也通过人类与黑猩猩大脑的对比发现，人类的前额叶皮层区域是演化发生最快的部位，在与黑猩猩分道扬镳之后，人类的这一区域发生了更大的变化，容积也增大，但是，这一区域又是最容易衰老的区域之一。
这种情况符合一个自然规律，用得最多的物体，也会磨损得最多和受损最早，大脑前额叶既然功能最复杂和重要，使用得最多，也是最重要的大脑部位，当然也会最早受损，并导致人衰老。极端的表现是，出现包括老年痴呆在内的许多失智症。
本文原文来自腾讯新闻