Han isolerede DNA fra egyptiske mumier. Han opdagede Denisovans, en udryddet art af gammel mand ved at sekventere DNA fra et lille stykke knogler. Han ledede en stor undersøgelse for at rekonstruere det neandertaler genom - og fandt spor af deres gener, der stadig lurer i nogle af os i dag. Nu vil den svenske genetiker Dr. Svante Paabo igen vende paleontologien på hovedet - denne gang planlægger han at dyrke neandertaler stamceller i små hjerneorganoider i et reagensglas.
Han planlægger ikke at genoprette den neandertaler hjerne i et vat - snarere ønsker han at bruge genredigering for at give menneskelige stamceller flere varianter af gener, der findes i neandertalerne. Disse redigerede stamceller placeres derefter i små hjerneceller, der efterligner føtal hjerneudvikling, komplet med deres egne blodkar, neurale netværk og fungerende synapser.
Ved at sammenligne væksten af ikke-mineraliserede mini-hjerner med den hos et menneske, håber Paabo at fremhæve de genetiske faktorer, der gør os så specielle.
”Neandertalerne var intelligente som andre pattedyr. De gik ikke ud i havet, medmindre de så den anden kyst,”siger Paabo.”Men for mig er det største spørgsmål i menneskehedens historie: hvorfor er vi blevet så desperate?”
DNA-revolution
Paleontologer har længe undret sig over, hvordan evolutionen har blindet vores fantastiske hjerner. Ved at sammenligne vores genetik med vores nærmeste abefætre har genetikere omhyggeligt isoleret en håndfuld kritisk forskellige gener. For eksempel synes små mutationer i FOXP2 at ligge til grund for vores evne til at danne komplekse fonemer og ord. Nogle mener endda, at FOXP2 er en vigtig biologisk fordel, som vores rige, rige sprog giver os.
Desværre kan sammenligning af genom kun afsløre gener, der adskiller sig mellem mennesker og aber - men hvordan disse gener formede vores hjerneudvikling forbliver ubesvarede.
Salgsfremmende video:
”I fortiden begrænsede vi os bare til at se på sekvensbestemmelse af data og katalogisering af forskelle i andre primater,” beklager neurogenetiker Simon Fischer, der driver Max Planck Institute for Psycholinguistics i Nijmegen, Holland. "Vi blev lidt skuffede efter at have arbejdet med traditionelle instrumenter i så mange år."
Takket være forbløffende DNA-teknologi er alt nu ved at ændre sig.
For omkring tredive år siden begyndte Paabo alvorligt at overveje en radikal idé: kan DNA udvindes fra dødt væv? Selvom DNA er relativt stabilt sammenlignet med andre biomolekyler såsom proteiner, begynder det at henfalde hurtigt efter døden. Den berømte dobbelt helix, omhyggeligt opviklet af naturen i kompakte strukturer, bryder ind i kortere og kortere fragmenter over tid. At sætte disse fragmenter tilbage i sammenhængende strukturer viser sig at være ekstremt vanskeligt, men i 1985 brugte resterne af en 2.400 år gammel mumie overbevisende, at dette kunne gøres.
Denne opdagelse åbnede paleontologiens døre. Forskere er ikke længere bundet af det traditionelle DNA fra moderne, levende arter; de har nu et kraftfuldt værktøj til at gå tilbage i tiden og udforske det DNA, der er mistet i historien.
Blindet af denne indledende succes vendte Paabo sig til neandertalerne, en mystisk gren af mennesker, der blev udryddet for mere end 30.000 år siden. I 2016 udgav han det første komplette neandertalgenom, chokerende forskere og offentligheden med et spændende resultat: 1 til 6 procent af neandertalgenerne var til stede i mennesker fra Europa, Mellemøsten og Fjernøsten. Med andre ord, på et tidspunkt i den gamle historie dansede vores forfædre vandret tango med deres neandertaler fætre, og vi er en direkte arv fra disse danser.
”Neanderthaler har sat et præg på DNA'et fra mennesker, der lever i dag. Det er meget cool. Neandertalerne var ikke helt udryddede,”sagde Paabo på det tidspunkt.
Hans opdagelse førte til et bredere spørgsmål: I hvilket omfang er neandertalerne knyttet til os? Ligesom moderne mennesker boede disse bredkæbenede hominider med en fremtrædende pindeben i huler og malede på vægge, skabte hatte og dekorerede deres kroppe med blomster længe før moderne mennesker satte fod i Europa. De blev imidlertid uddød, og folk nåede en milliard i antal og spredte rundt om i kloden.
Ved at sammenligne vores genomer identificerede Paabos team flere regioner, der indeholder DNA-variationer - ændringer, der kunne hjælpe mennesker med at tilpasse sig. Blandt dem er genomiske regioner, der spiller en rolle i kognitiv udvikling.
Mens vores vildt forskellige skæbne muligvis ikke helt er relateret til forskelle i kognition, synes Paabo, at dette er et godt sted at starte. Og takket være hjerneorganerne kan han nu teste sin idé.
Hjernekugler
Hjerneorganoider kaldes forskelligt: cerebrale kugler, mini-hjerner, cerebrale organeller. Først opfundet i 2013 ser disse bisarre bolde eller hjernedråber ganske uhyggelige ud. Men fordi deres vækst afspejler udviklingen af den menneskelige embryonale hjerne, blev disse bolde hurtigt et yndet legetøj for neurovidenskabsfolk.
Der er mange forskellige opskrifter på fremstilling af hjerneorganeller, men de er normalt lavet af menneskelige stamceller. Under nøje overvågning udvikler celler langsomt sig til deformerede stykker hjernevæv ved hjælp af en kemisk suppe. I lighed med den rigtige menneskelige hjerne indeholder de fleste dråber en struktur, der ligner hjernebarken, det rynkede ydre lag af hjernen, der organiserer kognitive funktioner på højere niveau, såsom opmærksomhed, sprog og tanke.
Efter en tilstrækkelig mængde tid fyldes neuroner i cerebralkuglerne med elektrisk aktivitet og forbindes til neurale netværk, hvor nogle forbindelser strækker sig gennem hele organoidet. Disse hjernedråber er ikke "mini-hjerner" i den forstand, at de kan tænke eller føle, nej. Men en omhyggelig analyse af deres cellulære sammensætning og genekspression afslørede et sæt funktionelle neuronale typer, hvis kombinerede arbejde ligner hjernen i et andet trimesterembryo.
Med andre ord, hjerne kugler er ideelle kandidater til at studere hjerneudvikling. Siden deres begyndelse har de været vant til at efterligne autisme, skizofreni og studere virkningen af Zika-virus på fosterhjerne.
Og nu, takket være Paabo, vil de finde anvendelser inden for paleontologi.
Genoplivning af neandertalerne
For at genoprette hele det neandertaler genom vil forskere skulle ændre en million gener. Dette ambitiøse mål er i øjeblikket ikke muligt, selv med sofistikerede genomredigeringsværktøjer som CRISPR.
I stedet for nogenlunde at redigere alle de neandertalervarianter i humane stamceller, tager Paabo en mere subtil tilgang: han introducerer kun tre nøglegener, der adskiller sig fra mennesker og neandertaler, og sporer derefter disse geners virkninger på hjerneudviklingen.
Dette er en velprøvet metode.
For flere år siden arbejdede teamet sammen med Wieland Hattner, en neurovidenskabsmand ved Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics, hjerneorganeller ved hjælp af leukocytter fra mennesker og andre primater. Hjernedråberne har udviklet sig i flere uger, hvilket gør det muligt for forskere at sammenligne og kontrastere, hvordan cellevækst adskiller sig mellem arter. Ved hjælp af levende mikroskopi har forskere fundet, at menneskelige celler bliver halvanden gang længere end aber for at tilpasse deres kromosomer, inden de opdeles i datterceller. Og denne forlængelse hjælper på en eller anden måde mennesker med at generere mange flere neurale stamceller end vores nærmeste primat-slægtninge.
Paabo håber at finde flere af disse slående forskelle i neandertaler mini-hjerner, da de muligvis kan forklare, hvorfor moderne mennesker har erobret som en art.
"Det bedste resultat ville være, at de genetiske ændringer fører til længere eller mere forgrenet neuronal vækst," siger han. "Man kan sige, at dette er det biologiske grundlag for, hvorfor vores hjerner fungerer anderledes."
Når alt kommer til alt er dette kun begyndelsen på studiet af menneskelig unikhed, som først er blevet mulig.
Ilya Khel
