Wszczepili myszom NOVA1. Stały się bardziej "elokwentne"

Nie do końca wiadomo, jak rozwinął się ludzki język. Jego początki pozostają tajemnicą. Nasi bliscy krewni, tacy jak neandertalczycy, prawdopodobnie posiadali cechy anatomiczne w gardle i uszach, które mogły umożliwić mówienie i słyszenie języka. Mieli też gen NOVA1, który jest związany ze zdolnością do mówienia. A jednak tylko u współczesnych ludzi można znaleźć rozszerzone obszary mózgu, które są kluczowe dla języka i jego rozumienia.

Gen NOVA1 występuje u wszystkich ssaków. Ale jego ludzka wersja jest unikalna i różni się od wersji znalezionej u neandertalczyków i denisowian. Gen ten koduje białko NOVA1, które wiąże się z RNA w mózgu i jest kluczowe dla rozwoju neuronów. Współcześni ludzie noszą wariant białka NOVA1, zwany I197V. Naukowcy z Rockefeller University i Cold Spring Harbor Laboratory w Nowym Jorku ustalili, że wariant ten mógł odegrać ważną rolę w pojawieniu się języka mówionego u ludzi.

W badaniu opublikowanym w "Nature Communications" (DOI: 10.1038/s41467-025-56579-2) opisali prace, w których wszczepili myszom ludzki wariant NOVA1. Zmienił on wokalizacje gryzoni. Myszy stały się bardziej "elokwentne" – wydawały bardziej złożone piski.

– Ten gen jest częścią rozległej zmiany ewolucyjnej u wczesnych współczesnych ludzi i wskazuje na potencjalne starożytne pochodzenie języka mówionego – powiedział Robert B. Darnell, neurobiolog z Rockefeller University w Nowym Jorku. – NOVA1 może być autentycznym ludzkim "genem języka", chociaż z pewnością jest to tylko jedna z wielu specyficznych dla człowieka zmian genetycznych – dodał.

Mowę umożliwiają nam anatomiczne adaptacje toru głosowego oraz skomplikowane sieci neuronowe. Jednak genetyka za nimi stojąca jest słabo poznana. We wcześniejszych badaniach inna grupa naukowców ustaliła, że niezbędnym do rozwoju mowy jest gen FOXP2. Jest on też zaangażowany w prawidłowy rozwój mózgu. Osoby z mutacjami w tym genie wykazują poważne zaburzenia mowy.

FOXP2 u współczesnego człowieka jest identyczny jak u neandertalczyków, co sugeruje, że wariant ten powstał u przodka obu linii ludzkich. Nie wiadomo, jakie były zdolności językowe naszych wymarłych kuzynów, ale z badań wynika, że FOXP2 prawdopodobnie przyczynił się do powstania języka mówionego, choć jego rola pozostaje niejasna.

Szukając odpowiedzi dotyczących początków złożonego języka ludzkiego, badacze z Rockefeller University skupili się na genie NOVA1. Darnell zetknął się z nim 30 lat temu, kiedy jego zespół powiązał go z chorobą autoimmunologiczną, która powodowała poważne problemy z poruszaniem się u ludzi. Potem natrafił na przypadek chłopca z problemami językowymi i ruchowymi, który miał tylko jedną działającą kopię genu NOVA1, co skłoniło go do rozważenia koncepcji, że gen ten może mieć związek z mową.

Gen ten kontroluje ekspresję dziesiątek innych genów aktywnych w mózgu. Produkuje specyficzne białko wiążące RNA, kluczowe dla rozwoju mózgu i kontroli nerwowo-mięśniowej. Darnell sklonował je i opisał jeszcze w 1993 roku. Występuje w niemal identycznej formie u wielu gatunków – od ssaków po ptaki, ale nie u ludzi.

Ludzie mają unikalną formę tego białka, która różni się pojedynczą zmianą aminokwasu, z izoleucyny na walinę. Ta jedna, subtelna zmiana mogła odegrać kluczową rolę w początkach języka mówionego oraz ekspansji i przetrwaniu Homo sapiens.

W niedawnych badaniach Darnell ze współpracownikami wykorzystał technikę edycji genów CRISPR-Cas9, by zastąpić występujące u myszy białko NOVA1 ludzkim wariantem I197V. Okazało się, że ludzki wariant nie miał wpływu na rozwój neuronów lub kontrolę motoryczną. Działał dokładnie tak samo, jak ten, który zastąpił. Miał natomiast wpływ na geny związane z wokalizacją. – Nie spodziewaliśmy się tego. To był jeden z tych naprawdę zaskakujących momentów w nauce – przyznał Darnell.

Badacze zauważyli, że gryzonie z ludzkim wariantem białka piszczały inaczej. Odkryli zmienione wzorce wokalne zarówno u młodych obu płci, jak i u dorosłych samców. W porównaniu do niezmienionych genetycznie myszy, zmodyfikowane młode wydawały ultradźwiękowe piski o wyższej częstotliwości. Ich odgłosy nie zwracały uwagi matki bardziej niż odgłosy szczenięcia z grupy kontrolnej, ale dźwięki te mogą wskazywać na wzmożoną próbę interakcji społecznej.

Podobne zmiany zauważyli u dorosłych samców wydających odgłosy godowe podczas kontaktu z samicami w rui. Darnell przyznał, że samce "rozmawiały" inaczej niż samice. – Można sobie wyobrazić, że takie zmiany wokalizacji mogą mieć głęboki wpływ na ewolucję – wyjaśnił uczony.

Czy zatem wersja białka I197V miała wpływ na ewolucję człowieka? Zespół naukowców zaczął od ustalenia, czy faktycznie wariantu tego nie mieli nasi najbliżsi kuzyni. Porównali osiem genomów ludzkich z trzema genomami neandertalczyka i jednym genomem denisowianina. Jak oczekiwano, nasi krewni, od których, jak się uważa, oddzieliliśmy się około 250 tys. – 300 tys. lat temu, mieli wariant białka ten sam, co inne ssaki.

Następnie przeszukali 650 058 współczesnych genomów ludzkich w dostępnych bazach danych. Okazało się, że tylko sześć osób nie miało wariantu I197V. Te sześć osób miało wariant archaiczny, a ponieważ próbki zostały zanonimizowane, szczegóły na ich temat są nieznane. – Nasze dane pokazują, że populacja przodków współczesnych ludzi w Afryce wyewoluowała wariant I197V, który następnie stał się dominujący, być może dlatego, że zapewniał zalety związane z komunikacją głosową. Ta populacja następnie opuściła Afrykę i rozprzestrzeniła się po całym świecie – wskazuje Darnell.

To sugeruje, że mutacja, która zmienia białko NOVA1, mogła przyczynić się do różnic poznawczych między ludźmi a ich najbliższymi krewnymi, a prawdopodobnie także do aspektów złożonej mowy i języka. Zmiany te przyniosły wczesnym ludziom tak duże korzyści, że mutacje stały się wszechobecne. Mutacja ta mogła być jedną z wielu zmian, które przyczyniły się do rozwoju ludzkiego języka.

Zespół podejrzewa, że ​​ludzki wariant powoduje zmiany molekularne w niektórych częściach rozwijającego się mózgu, co pokazały badania na gryzoniach. NOVA1 koduje białko o nazwie Nova-1, które może wycinać i przestawiać sekcje informacyjnego RNA, gdy wiąże się z neuronami. Zmienia to sposób, w jaki komórki mózgowe syntetyzują białka, prawdopodobnie tworząc różnorodność molekularną w ośrodkowym układzie nerwowym. Kiedy Darnell i jego zespół "uczłowieczyli" myszy ludzkim wariantem NOVA1, odkryli zmiany molekularne w splicingu RNA widoczne w komórkach mózgowych, szczególnie w regionach związanych z zachowaniem wokalnym.

Źródło: Rockefeller University, Science, Nature, fot. Laboratory of Molecular Neuro-oncology at The Rockefeller University. Na zdjęciu wzór ekspresji Nova1 w mózgu myszy.