人脑为何在自然界独一无二？

2025-09-03

据美国《大众机械》月刊网站8月20日报道，究竟是什么让人脑成为独特的人类器官？是什么让它有别于其他生物的大脑，甚至与我们现存最近的灵长类亲属的大脑也截然不同呢？

答案可能就隐藏在我们的基因组中。人类加速进化区(HAR)是在我们进化过程中出现异常高频突变的人类基因组片段。大约500万年前，当人类祖先与黑猩猩分道扬镳时，HAR的基因序列发生了剧变，这正是科学家认为HAR至少能部分解释人类独有特征的原因。

HAR本身并非基因，而是转录增强子，即调节转录过程的脱氧核糖核酸(DNA)序列。当与蛋白质结合时，它们会显著提升特定基因的转录概率，以此来调控细胞分化和器官发育的相关基因。

这些HAR与人脑的关联尤为密切，因为其在调控神经发育基因区域的分布密度远超过人体其他部位。

日前，美国加利福尼亚大学圣迭戈分校的研究团队发现，有一种特殊的HAR(名为HAR123)可能是塑造人脑、使我们有别于黑猩猩的一个主要因素。

研究人员在最近发表于美国《科学进展》杂志的研究报告中写道：“人类版本的这段HAR具有若干不同于黑猩猩版本的表型和分子特性，这表明它可能在人类特有的神经特征进化过程中发挥了作用。”

人类和黑猩猩的HAR123属于直系同源基因序列，也就是基因源自共同祖先、并遗传给不同物种。

人类的HAR123通过邻近基因H1C1发挥作用，促进神经祖细胞的形成。这些神经祖细胞会分化成两种细胞：其一是神经细胞，也就是神经元，它们负责接收感官输入并通过电化学信号向全身传递指令、指挥身体何时以及如何行动；其二是神经胶质细胞，它们的作用是将神经元固定在适当位置，并确保神经元正常工作。

黑猩猩的HAR123所产生的细胞分化数量远少于人类的HAR123。

为探究HAR123是否对人类具有特殊的生物学意义，研究人员利用CRISPR-Cas9技术从人类胚胎干细胞中删除了该基因序列的双等位基因(同一基因序列的不同版本)。由此获得的4个克隆株均发育正常。进一步分析发现，删除HAR123会阻碍神经外胚层的形成并降低神经外胚层基因的表达水平。神经外胚层是胚胎外层的一厚层细胞区域，最终会发育成整个神经系统。

人类的HAR123最显著的作用在于，它奠定了我们的认知灵活性。这种能力使我们既能在不同概念间切换思考，又能同时处理多重概念，其中还涵盖能够用新知识覆盖旧知识的能力。

在动物(比如本研究中所观察的小鼠)身上，认知灵活性则表现为在根据所处情境改变行为的反应。在之前的一项实验中，当从小鼠体内删除这种转录增强子时，它们表现出认知灵活性下降，其大脑中神经元与神经胶质细胞的比例也发生了变化。

或许，HAR123至少在一定程度上促成了人类这一物种所独有的认知灵活性。它甚至可能与神经发育障碍有关，比如自闭症和注意力缺陷多动障碍等。

这些疾病早已被发现与神经元和神经胶质细胞的比例异常有关，且也与HAR存在关联。此外，可能还存在赋予我们人类特性的其他HAR，只是尚未被证实与人类独有的特征有关联。

该研究团队表示：“人类HAR123直系同源基因与黑猩猩同源基因在部分特性上存在差异。这一发现表明，HAR123有可能参与实现HAR最初被假设的功能，即赋予人类特有性状。不过，这一点仍有待进一步验证。”