Nature：危险的实验？携带人类基因的老鼠发出更复杂的声音

Nature：危险的实验？携带人类基因的老鼠发出更复杂的声音

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网易

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科学家们发现，携带人类特有基因变体NOVA1的老鼠会发出更复杂的叫声。这一发现可能揭示了人类语言能力进化的关键线索。

几乎所有人类都携带一种名为NOVA1的基因变体，这种基因变体在古代人类亲属中并不存在，并且与语言的发展有关。图片来源：10'000 Hours/Getty

携带一种几乎地球上所有人类都存在的基因突变的老鼠（而不是包括尼安德特人在内的已灭绝的近亲）比普通啮齿动物发出更复杂的鸣叫1。

这一发现表明，这种基因突变——改变了一种名为 NOVA1 的蛋白质，该蛋白质在调节大脑基因活动中发挥着作用——可能导致了人类与其近亲之间的认知差异，甚至可能导致了复杂的言语和语言方面的差异。

纽约洛克菲勒大学的神经学家罗伯特·达内尔 (Robert Darnell) 30 年前首次发现了NOVA1基因，当时他的团队将其与一种导致人类严重运动障碍的自身免疫性疾病联系起来。该基因通常只在大脑中开启，而 NOVA1 蛋白控制着数十种其他大脑活性基因的表达。

Darnell 认为NOVA1可能与语言有关，当时他还是神经病学家，曾治疗过一个患有语言和运动障碍的男孩，这个男孩有一个可以正常工作的基因2。另一个团队发现，几乎所有人类都拥有一种不同于尼安德特人和另一个已灭绝的人类群体丹尼索瓦人的NOVA1版本（以及其他哺乳动物，包括老鼠）3。

啁啾变化

这种基因变化——将编码蛋白质中的异亮氨酸氨基酸替换为缬氨酸——是古人类群体从非洲共同祖先分离后 50 多万年内进化出的少数几种蛋白质改变之一。这表明这些变化给早期人类带来了巨大的好处，以至于这些突变变得无处不在。

为了研究这种变化的影响，达内尔 (Darnell) 团队的神经科学家 Yoko Tajima 利用 CRISPR 基因编辑技术对携带人类版本NOVA1的小鼠进行基因改造。

详尽的分析只发现了“人源化”小鼠与正常啮齿动物之间的细微差异：当新生小鼠与母亲隔离时，携带人类NOVA1基因的幼崽会发出改变的求救信号。同样，在发情的雌鼠面前，携带这种基因的雄鼠会发出更复杂的求爱信号。

在小鼠大脑中，人类版本的NOVA1影响了一种称为选择性剪接的分子过程，在此过程中，其他单个基因的编码序列被混合和匹配以产生不同的蛋白质。一些“选择性剪接”基因与发声行为有关。该结果于 2 月 18 日发表在《自然通讯》上。

语言贡献

Darnell 表示，有证据表明NOVA1变化可能是促成人类语言的众多变化之一。但还需要将更多的点联系起来：他想看看这种变化如何影响小鼠大脑中类似于人类处理语音和语言的区域的单个细胞。

北卡罗来纳州达勒姆市杜克大学的发育神经生物学家黛布拉·西尔弗 (Debra Silver) 表示，弄清发声变化的细胞基础以及替代剪接是否是罪魁祸首非常重要。

尚不清楚的是，尼安德特人和丹尼索瓦人的交流方式是否与人类不同，但研究人员越来越认为，这两个物种的认知能力几乎没有什么区别。生活在现在德国的尼安德特人猎杀了数十代直牙象4。“很难想象他们当时还没有交流，”德国慕尼黑路德维希马克西米利安大学的进化遗传学家沃尔夫冈·恩纳德 (Wolfgang Enard) 说。

这项研究让 Enard 想起了 2009 年的一项开创性研究，当时他的团队用与言语和语言有关的另一种基因FOXP2的人类版本改造了小鼠，并显示出研究人员仍在努力理解的细微差异5。“这只是一个氨基酸变化，你试图弄清楚发生了什么，”他说。“这需要一些勇气。”

参考文献：

1. Tajima, Y. et al. Nature Commun. 14, 1111 (2023).
2. Darnell, R. B. et al. Cell 112, 255–267 (2003).
3. Vernot, B. et al. Science 343, 1600–1604 (2014).
4. Stiner, M. C. et al. Proc. Natl Acad. Sci. USA 96, 14161–14166 (1999).
5. Enard, W. et al. Cell 137, 961–971 (2009).

本文原文来自Nature