In het lab gekweekte miniatuurhersenen geven inzicht in hoe de moderne mens wist te overleven, terwijl andere mensachtigen uitstierven.

Enkele van onze nauwste verwanten zijn de neanderthalers en de denisovamensen. Deze soorten leefden nog toen de moderne mens 50.000 jaar geleden vanuit Afrika naar Europa migreerde. Maar kort nadat we met ze in contact kwamen, stierven beide soorten uit. Mogelijk kwam dat doordat de moderne mens ze wegconcurreerde en te slim af was, maar het kan ook stom toeval zijn geweest.

Hoe verlies je jezelf?
LEES OOK
Hoe verlies je jezelf?

Onderzoekers van de Universiteit van Californië waren benieuwd hoe onze hersenen verschillen van die van andere mensachtigen, en of deze verschillen onze overlevingskansen hebben beïnvloed. De onderzoekers vergeleken het genoom van moderne mensen met dat van neanderthalers en denisovamensen. Ze vonden in totaal 61 afwijkende genen.

Met name één gen sprong in het oog: het neuro-oncologische ventrale antigen 1 (NOVA1). Dit gen is vooral actief tijdens de ontwikkeling van het brein. Het beïnvloedt dan de vorming van het zenuwstelsel. De onderzoekers ontdekten dat het NOVA1-gen van de moderne mens in één basenpaar afweek van dat van de neanderthalers en denisovamensen.

Organoïde

Om dit verder te bestuderen, kweekten de onderzoekers zelf een oermensachtig brein. Met genbewerkingstechniek CRISPR veranderden ze het moderne NOVA1-gen in menselijke stamcellen, zodat het leek op de neanderthaler- en denisovaversie. Vervolgens zetten ze de cellen ertoe aan om zich te ontwikkelen tot een neanderthaler- of denisova-achtige hersenorganoïde: een kleine, versimpelde versie van het volledige orgaan, bestaande uit clusters van hersencellen in een schaaltje. Datzelfde deden de onderzoekers met onaangepaste menselijke stamcellen.

Deze minihersencellen bevatten een neanderthalervariant van een belangrijk gen. Beeld: UC San Diego Health Sciences

Zodra de ontwikkeling was voltooid, bleken de oermensorganoïden kleiner dan die van de moderne mens. Ook hadden ze een gerimpelder celoppervlak en vermenigvuldigden de cellen zich langzamer. ‘Ze zijn behoorlijk anders dan die van moderne mensen. Dat wijst erop dat een afwijking in één basenpaar de ontwikkeling van het hele brein kan veranderen’, zegt onderzoeksleider Alysson Muotri.

Gunstig

Uit verdere vergelijking met de organoïden van de moderne mens bleek dat deze ene afwijking de expressie van 277 genen had veranderd. Daarnaast veroorzaakte die 113 alternatieve splicing-events. Dat is een proces waarbij één gen voor meerdere eiwitten codeert. Veel van die eiwitten hielden verband met de ontwikkeling van het brein en de vorming van synapsen.

‘Het feit dat vrijwel alle mensen nu de moderne variant van het gen meedragen, suggereert sterk dat de afwijking gunstig is geweest voor onze soort’, zegt Muotri. ‘Als ik even mag speculeren: het zou erop kunnen wijzen dat individuen met de neanderthalervariant van het NOVA1-gen informatie op een andere manier verwerkten’, zegt hij. Dit zou dan hun overlevingskansen kunnen hebben aangetast.

Meerdere varianten

Tony Capra van de Universiteit van Californië, niet betrokken bij het onderzoek, is opgewonden over de gebruikte methode. Die geeft ons namelijk de kans om neanderthalerhersenen rechtstreeks op de proef te stellen. ‘Naarmate deze techniek verbetert, zullen we met steeds complexere en realistischere modellen kunnen onderzoeken hoe het neanderthalergenoom werkte’, zegt hij.

Een kanttekening is dat de onderzoekers het genoom van een moderne mens op slechts één plek veranderden. Volgens Capra geeft dit geen accuraat beeld van het volledige neanderthaler- of denisovagenoom. ‘Het is onwaarschijnlijk dat één enkele ‘magische’ genetische verandering een enorme positieve verandering in eigenschappen bewerkstelligde’, zegt Capra. Volgens hem dragen veel onderdelen van ons genoom bij aan cognitie. Wellicht heeft de evolutie ingewerkt op meerdere varianten die elk een kleiner effect hadden.

De onderzoeksresultaten zijn gepubliceerd in Science.

Brein in aanbouw
In dit boek legt de Nederlandse neurowetenschapper Marcia Goddard op humoristische en toegankelijke manier de wetenschap achter de ontwikkeling van ons brein uit. Bekijk in onze webshop!