Lo studio dei “mini cervelli” riscrive l’evoluzione del cervello

Quali cambiamenti evolutivi sono stati i più importanti nell'evoluzione del cervello? Un team di scienziati guidato da Alysson Muotri dell'Università della California, San Diego, ha pubblicato uno studio su Science che ha fatto luce su questa domanda

0
1143

L’evoluzione del cervello umano è un tema che ha appassionato molti ricercatori che si domandano come noi esseri umani siamo diventati ciò che siamo oggi. 

Da dove arrivano le nostre capacità cognitive così avanzate, che hanno originato un linguaggio complesso, la poesia e la scienza che ci permette di espandere il nostro orizzonte come mai nessun animale ha fatto fino ad ora? 

In che modo l’evoluzione del cervello umano moderno è diverso da quello dei nostri parenti più stretti, come i Neanderthal e i Denisoviani?

Grazie alla reintroduzione di geni, prelevati da queste due specie umane ormai estinte, nei mini cervelli umani ottenuti da cellule staminali coltivate, gli scienziati hanno iniziato a trovare nuovi indizi.

Tutto quello che abbiamo appreso sull’evoluzione dell’uomo proviene dallo studio dei antichi fossili. Sappiamo che i Neanderthal e i Denisoviani si sono discostati dagli umani attorno a mezzo milione di anni fa e che gli ultimi Neanderthal sono scomparsi dall’Europa circa 40.000 anni fa.



Lo studio dei fossili ha dimostrato che gli esseri umani si sono incrociati con la specie dei Neanderthal e che questi ultimi erano molto più avanzati di quanto si è sempre pensato.

Dalle analisi effettuate sui teschi fossili, oggi sappiamo che anche i cervelli degli esseri umani arcaici avevano all’incirca le stesse dimensioni dei cervelli umani moderni, se non più grandi, e sembrano avere inoltre forme diverse.

Tuttavia, sebbene tali variazioni possano essere correlate a diverse capacità e funzioni cognitive, i fossili non possono spiegare da soli in che modo le forme influenzano la funzione.

Oggi, grazie ai numerosi progressi tecnologici, possiamo rispondere a molte domande per capire come ci siamo differenziati dalle specie umane a noi più vicine ormai estinte.

Il sequenziamento del DNA antico ha permesso agli scienziati di confrontare i geni dei Neanderthal e dei Denisoviani con quelli degli esseri umani moderni. Tale confronto ha permesso di identificare differenze e somiglianze, rivelando che condividiamo parte del nostro DNA con i Neanderthal e i Denisoviani.

Tuttavia, in regioni specifiche, ci sono varianti genetiche portate esclusivamente dagli esseri umani moderni.

Queste regioni specifiche del DNA umano possono essere responsabili di tratti che separano la nostra specie dalle specie a noi più vicine oggi estinte. Comprendendo come operano questi geni, possiamo quindi conoscere i tratti che caratterizzano gli esseri umani moderni.

Studi che confrontano sequenze di DNA arcaiche e moderne hanno individuato differenze nei geni importanti per la funzione, il comportamento e l’evoluzione del cervello umano, in particolare i geni coinvolti nella divisione cellulare e nelle sinapsi che sono responsabili della trasmissione degli impulsi nervosi tra le cellule.

Gli studi hanno suggerito che il cervello umano maturi più lentamente di quello dei Neanderthal.

In particolare, lo sviluppo della corteccia orbitofrontale nei neonati, che si ritiene sia coinvolta nella cognizione di ordine superiore come il processo decisionale, potrebbe essere cambiato in modo significativo ma sottile dopo la separazione dai Neanderthal.

Gli esseri umani raggiungono la maturità sessuale più tardi rispetto ai loro antenati, il che può spiegare perché viviamo più a lungo.

Evoluzione del cervello umano, i mini cervelli

Quali cambiamenti evolutivi sono stati i più importanti nell’evoluzione del cervello umano? Un team di scienziati guidato da Alysson Muotri dell’Università della California, San Diego, ha pubblicato uno studio su Science che ha fatto luce su questa domanda.

Il team ha coltivato mini cervelli, conosciuti come “organoidi”, a partire da cellule staminali derivate dalla pelle. I mini cervelli non sono coscienti: sono molto semplici e non raggiungono dimensioni superiori a circa cinque o sei millimetri.

Tuttavia possono emettere onde cerebrali e sviluppare reti neurali relativamente complesse che rispondono alla luce.

Il team ha inserito una versione estinta di un gene coinvolto nello sviluppo del cervello nei mini cervelli, utilizzando la tecnologia CRISPR-Cas9, vincitrice del premio Nobel, nota come “forbici genetiche”, che consente l’editing e la manipolazione dei geni.

Sappiamo che questo gene era presente nei Neanderthal e nei Denisoviani, mentre una versione in seguito ha modificato il gene nella versione attuale presente gli esseri umani moderni.

Gli organoidi ai quali è stato aggiunto il gene mostravano diverse differenze. Si sono sviluppati più lentamente degli organoidi umani e hanno alterato la formazione di connessioni tra i neuroni.

Erano inoltre di dimensioni minori e presentavano superfici ruvide e complesse rispetto ai moderni organoidi umani che si presentano lisci e sferici.

Lo studio ha mostrato che esistono 61 geni diversi tra gli esseri umani moderni e quelli arcaici.

Uno di questi geni è chiamato NOVA1, che ha un ruolo fondamentale nella regolazione dell’attività di altri geni durante lo sviluppo del cervello. Questo gene interviene nella formazione delle sinapsi.

Sapevamo, grazie a studi effettuati in passato, che l’attività alterata di NOVA1 causa disturbi neurologici come microcefalia, convulsioni, grave ritardo dello sviluppo e una malattia genetica chiamata disautonomia familiare.

Questo gene quindi sembra essere essenziale per il normale funzionamento del cervello umano. La versione del gene presente negli esseri umani moderni ha un cambiamento in una singola lettera del codice genetico.

Questo cambiamento permette che la proteina prodotta dal gene NOVA1, abbia una composizione diversa e forse anche un’attività diversa.

Gli scienziati che hanno studiato i mini cervelli hanno fatto una scoperta. Il gene arcaico NOVA1 ha modificato l’attività di altri 277 geni, molti dei quali coinvolti nella formazione di sinapsi e connessioni tra le cellule cerebrali.

Di conseguenza, i mini cervelli avevano una rete di cellule diversa da quella di un essere umano moderno. Questo porta a una conclusione, la mutazione del gene NOVA1 ha causato cambiamenti fondamentali nel nostro cervello.

Un cambiamento in una singola lettera del codice del DNA potrebbe innescare un nuova evoluzione del cervello umano. Quello che non sappiamo è come questo mutamento sia accaduto esattamente.

Il team proseguirà lo studio della scoperta analizzando gli altri 60 geni. La loro idea è quella di capire cosa accade quando uno di questi geni o una combinazione di alcuni di essi vengono alterati.

Questa area di ricerca, grazie alla realizzazione e allo studio degli organoidi fornirà preziose informazioni sull’evoluzione del cervello umano e del cervello delle specie a noi affini oggi estinte.

2