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Il gene cruciale nell’evoluzione del cervello umano

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Cosa distingue il cervello degli esseri umani da quello degli altri primati? Uno studio recentemente pubblicato su Science, effettuato dai ricercatori dell’istituto Max Planck di biologia cellulare, molecolare e genetica di Dresda e del Central Institute for Experimental Animals di Kawasaki, ha permesso di individuare un gene specifico che sembra aver contribuito allo sviluppo delle capacità cognitive del cervello umano.

Rispetto ai primati non umani, nel nostro cervello l’evoluzione ha prodotto un marcato aumento del numero di aree corticali, che necessitano perciò di un maggior numero di neuroni. L’aumento di questo numero sembra aver avuto vantaggi evolutivi sulla percezione, attenzione, controllo motorio, cognizione, memoria e apprendimento.

È stata proprio l’espansione del cervello umano, in particolare della neocorteccia, che ha permesso lo sviluppo di capacità cognitive complesse ed elevate, come il ragionamento e il linguaggio.

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La neocortex è la parte più giovane, dal punto di vista evolutivo, della corteccia cerebrale e negli esseri umani la sua dimensione è tre volte più grande rispetto a quella dei primati più simili a loro: gli scimpanzé. La sua superficie particolarmente ampia e caratterizzata da pieghe, dovute alla necessità di adattarsi allo spazio ristretto del cranio, che consente di svolgere funzioni cognitive più elevate rispetto a quelle degli altri primati.

Nella formazione di questo cervello così avanzato, sembra sia stato determinante il gene ARHGAP11B, che ha regolato lo sviluppo della corteccia cerebrale. Dal gene in questione, in particolare, deriva una proteina che contiene una sequenza di 47 aminoacidi che sembrano essere essenziali nel causare la moltiplicazione di cellule staminali cerebrali.

ARHGAP11B si trova solo nell’essere umano ed è sorto circa cinque milioni di anni fa dalla duplicazione parziale del gene ARHGAP11A. Questa mutazione si è rivelata evolutivamente vantaggiosa per l’essere umano, e lo ha condotto allo sviluppo di un cervello più grande rispetto a quello dello scimpanzè.

Studi precedenti, nel corso dei quali ARHGAP11B era stato espresso su topi e furetti, avevano dimostrato come questa modifica avesse provocato un’espansione della neocorteccia di questi animali e anche un ripiegamento della sua superficie, ma fino a questo momento non era ancora stata esaminata la loro influenza sul cervello dei primati.

Gli studiosi del recente articolo di Science hanno quindi esaminato il gene in questione presente solo negli esseri umani e in alcuni feti di marmosetta, un primate a cervello liscio, per vedere in che modo questo influenzava l’espansione della corteccia cerebrale dell’animale.

Micheal Heide, assegnista di ricerca all’istituto Max Plank di Dresda, si è recato personalmente in Giappone, per seguire il lavoro sul posto. Lì sono stati generati i feti transgenici di marmosetta, che dopo 101 giorni sono stati portati a Dresda per continuare le analisi.

L’espressione genica di ARHGAP11B nella corteccia fetale della marmosetta ha causato un allargamento neocorticale e l’aumento selettivo dei neuroni negli strati sovragranulari tipico dell’architettura dei cervelli umani, che svolgono un ruolo fondamentale nel trasferimento e l’elaborazione delle informazioni tra le numerose aree corticali, favorendo il funzionamento delle connessioni che attraversano gli strati sovragranulari del cervello dall’alto verso il basso e viceversa.

I risultati ottenuti da Heide e i suoi collaboratori, suggeriscono quindi che il gene in questione sia stato cruciale negli adattamenti evolutivi che hanno portato alla formazione della corteccia cerebrale dell’essere umano, allo sviluppo cognitivo del suo cervello e alle complesse operazioni che è in grado di effettuare.

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