그곳에서 그것은 벽난로에 앉아 그녀를 속이 빈 눈과 알몸의 미소로 쳐다 보았다. 그녀는 뒤로 쳐다 보는 것을 멈출 수 없었다. 그것은 멸종 된 개코 원숭이의 화석 두개골처럼 뚜렷하게 보였다. 그것은 조세핀 살몬스가 알았던 일종의 일이었습니다. 당시 - 1924 년 - 그녀는 남아프리카의 Witwatersrand 대학교에 다니는 유일한 해부학의 여학생 중 한 명이었습니다. 이 날에 그녀는 친구 인 Pat Izod를 방문했습니다. 그의 아버지는 Taung 마을 근처에서 석회암을 발굴 한 채석장 회사를 관리했습니다. 발굴 중에 노동자들은 수많은 화석을 발굴했으며, 이조드는 이것을 기념품으로 유지했다. Salmons는 두개골에 대한 뉴스를 그녀의 교수 인 Raymond Dart에게 뇌에 특별히 관심을 갖는 인류 학자에게 가져 왔습니다. 그는 믿어졌다. 아프리카에서 남아프리카에서 발견 된 영장류 화석은 거의 없었습니다. Taung 사이트가 실제로 그러한 화석을 보관했다면, 그것은 귀중한 보물 재모가 될 것입니다. 다음날 아침 살몬은 다트를 두개골로 데려 와서 그녀가 옳다는 것을 알 수 있었다.
다트는 즉시 타운 채석장의 다른 영장류 화석을 그에게 보내도록 마련했다. 그해 말에 친한 친구의 결혼식에 참석할 준비를하면서 큰 상자를 받았습니다. 그것이 포함 된 표본 중 하나는 너무 매력적이어서 그가 의식을 거의 놓쳤다. 그것은 두 가지 조각으로 나왔습니다 :천연 엔도 캐스트 - 내부 두개골의 화석 곰팡이, 뇌의 지형을 보존합니다. 그리고 일치하는 골격면, 눈 소켓, 코, 턱 및 치아가 모두 손상되지 않습니다. 다트는 이것이 원숭이가 아니라 멸종 된 원숭이의 화석임을 즉시 알아 차렸다. 치아는 개인이 6 살 정도에 죽었다고 제안했습니다. 척수가 두개골에 합류 한 지점은 너클 워커를 위해 너무 멀어서 이중주의를 나타냅니다. 그리고 그 시대의 비인간 원숭이에 대해 너무 큰 endocast는 인간 뇌의 특징을 표면 특징을 가졌다. 추가 연구 후, 다트는 대담한 결론에 도달했습니다. 이것은 이전에 알려지지 않은 현대 인간의 조상의 화석이었습니다. ,“남아프리카의 사람.”
처음에, 더 큰 과학계는 다트의 제안을 습격했습니다. 화석이 별명을 가진 타운 아이가 진정으로 호미 닌에 속해 있다면, 확실히 훨씬 더 큰 뇌를 가질 것입니다. 그 두개골은 침팬지보다 약간 더 컸지 만 그다지 많지는 않았습니다. 게다가, 그것은 일반적으로 인간이 아프리카가 아닌 아시아에서 진화했다고 믿어졌다. Dart의 1925 Nature 과 함께“터무니없는 작은”그림 종이와 시편의 초기 소유는 문제에 도움이되지 않았다. 그러나 결국, 저명한 전문가들이 Taung 아이를 스스로 보았고 비슷한 화석 발견이 밝혀지면서 태도가 바뀌기 시작했습니다. 1950 년대에 인류 학자들은 타운이 실제로 호미 닌이고 예외적으로 큰 뇌가 항상 인간의 특징이 아니라는 것을 받아 들였다. 플로리다 주립 대학의 인류학 교수이자 Brain Evolution 전문가 인 Dean Falk는 Taung Child를 다음과 같이 불렀습니다. 대부분의) 20 세기의 중요한 호미 닌 발견.”
이후 수십 년 동안, 다른 화석 두개골과 엔도 캐스트를 발견하고 비교함으로써 고생물학 자들은 인간 진화에서 가장 극적인 전환 중 하나를 기록했다. 우리는 그것을 뇌 붐이라고 부를 수 있습니다. 인간, 침팬지 및 보노 보스는 6 년에서 8 백만 년 전의 마지막 공통 조상과 분리되었습니다. 다음 백만 년 동안, 초기 호미 닌의 두뇌는 우리의 조상과 사촌의 뇌보다 훨씬 크지 않았습니다. 그러나 약 3 백만 년 전에 시작하여 호미 닌 뇌는 대규모 확장을 시작했습니다. 우리 종이 homo sapiens , 약 200,000 년 전, 인간의 뇌는 약 350 그램에서 1,300 그램 이상으로 팽창했습니다. 그 3 백만 년 스프린트에서, 인간의 두뇌는 이전 6 천만 년 동안의 영장류 진화에 걸쳐 이전의 규모를 거의 4 배로 늘 렸습니다.
화석은 뇌 붐을 사실로 확립했습니다. 그러나 그들은 인간의 뇌가 어떻게 그렇게 빨리 커지는 지에 대해 아무것도 말하지 않습니다. 물론, 특히 그 이유에 관한 많은 이론이 있습니다. 점점 더 복잡한 소셜 네트워크, 도구 사용 및 협업을 중심으로 구축 된 문화, 수은 및 종종 가혹한 기후에 적응 해야하는 도전 - 이러한 진화론 적 압력 중 일부 또는 전부는 더 큰 뇌를 위해 선택할 수 있습니다.
.이러한 가능성은 매력적이지만 테스트하기가 매우 어렵습니다. 그러나 지난 8 년 동안 과학자들은 인간 뇌 확장의“어떻게”, 즉 세포 수준에서 초대화가 어떻게 일어 났는지에 대한 질문과 인간 생리학이 극적으로 확대되고 에너지가 많은 뇌를 수용하기 위해 어떻게 재구성했는지에 대한 질문을 시작했습니다. Duke University의 진화 생물 학자 인 Gregory Wray는“지금까지는 모든 추측 이었지만 마침내 약간의 견인력을 얻을 수있는 도구가 있습니다. “어떤 종류의 돌연변이가 발생했으며 무엇을 했습니까? 우리는이 과정이 얼마나 복잡한 지에 대한 답과 깊은 감사를 얻기 시작했습니다.”
.인간 뇌를 특별하게 만드는 이유
특히 한 과학자는 연구원들이 뇌를 크기로 바꾸는 방식을 변화 시켰습니다. 그녀는 두뇌의 대리로 질량이나 부피를 고정시키기보다는 뇌의 구성 부분을 세는 데 집중했습니다.
리우데 자네이루 연방 대학교의 생물 의학 연구소 (Institute of Biomedical Sciences)의 실험실에서 수자 나 헤르쿨라노-후젤은 세포의 유전자 제어실 인 핵의 수프에 뇌를 정기적으로 녹인다. 각 뉴런에는 하나의 핵이 있습니다. 핵을 형광 분자로 태그하고 빛을 측정함으로써, 그녀는 개별 뇌 세포의 정확한 집계를 얻을 수 있습니다. 그녀는이 방법을 다양한 포유 동물 뇌에서 사용하여 오랫동안 가정과는 달리 더 큰 포유 동물 뇌가 항상 더 많은 뉴런을 가지고 있지는 않으며, 그들이 가진 뉴런이 항상 같은 방식으로 분포되어있는 것은 아닙니다.
.인간의 뇌는 860 억 개의 뉴런을 가지고있다 :뇌의 뇌 덩어리는 기본적인 신체 기능과 움직임을 조율하는 데 도움이되는 뇌 뒤쪽의 울퉁불퉁 한 덩어리; 뇌 피질에서 160 억, 뇌의 두꺼운 코로나 및 자기 인식, 언어, 문제 해결 및 추상적 사고와 같은 가장 정교한 정신 재능의 자리; 그리고 뇌 스템의 10 억과 뇌의 핵심으로의 확장. 대조적으로, 우리 자신의 크기의 3 배인 코끼리 뇌는 소뇌에 2,510 억 개의 뉴런을 가지고있어 거대하고 다재다능한 트렁크를 관리하고 피질에서 56 억에 불과합니다. 뇌 질량 또는 부피 만 고려하여 이러한 중요한 차이점을 가리 킵니다.
그녀의 연구에 근거하여, Herculano-Houzel은 영장류가 다른 포유류보다 훨씬 더 많은 뉴런을 뇌 피질에 포장하는 방법을 진화했다고 결론 지었다. 큰 유인원은 코끼리와 고래에 비해 작지만 피질은 더 밀도가 높습니다. 오랑우탄과 고릴라는 90 억 대뇌 피질 뉴런을 가지고 있으며 침팬지는 60 억입니다. 모든 위대한 유인원 중에서, 우리는 가장 큰 두뇌를 가지고 있으므로, 우리는 피질의 160 억 뉴런으로 맨 위에 나옵니다. 실제로, 인간은 지구상에서 어떤 종의 가장 피질 뉴런을 가지고있는 것으로 보입니다. Herculano-Houzel은“이것은 인간과 비인간적 인 두뇌의 가장 분명한 차이입니다. 그것은 단지 크기가 아니라 건축에 관한 것입니다.
인간의 뇌는 또한 탁월한 멍청한 멍청한 곳에서 독특합니다. 체중의 2 % 만 구성하지만 인간의 뇌는 신체 총 에너지의 20 %를 휴식시킵니다. 대조적으로, 침팬지 뇌는 그 절반 만 필요합니다. 연구원들은 인체가 어떻게 그러한 독창적 인 유쾌한 기관을 유지하기 위해 어떻게 적응했는지 궁금해했습니다. 1995 년 인류 학자 레슬리 아이 엘로 (Leslie Aiello)와 진화론자 피터 휠러 (Peter Wheeler)는 가능한 대답으로“비싼 조직 가설”을 제안했다. 근본적인 논리는 간단합니다. 인간의 뇌 진화에는 신진 대사 트레이드 오프가 필요했을 것입니다. 뇌가 자라기 위해서, 다른 기관, 즉 장, 즉 수축해야했고, 일반적으로 후자로 갔을 에너지는 전자에게 방향을 바꿨다. 증거를 위해, 그들은 큰 두뇌를 가진 영장류가 더 작은 장을 가지고 있음을 보여주는 데이터를 지적했습니다.
몇 년 후, 인류 학자 Richard Wrangham 은이 아이디어를 기반으로 요리의 발명이 인간의 뇌 진화에 중요하다고 주장했다. 부드럽고 조리 된 음식은 거친 생보다 소화하기가 훨씬 쉽고, 위장 작업을 위해 더 많은 칼로리를 생성합니다. 아마도 요리법을 배우는 것은 장을 희생하여 인간 뇌의 팽만감을 허용했습니다. 다른 연구자들은 인간보다 더 강한 침팬지가 얼마나 강한지를 감안할 때 뇌와 근육 사이에 비슷한 상충 관계가 발생했을 것이라고 제안했습니다.
종합적으로, 이러한 가설과 현대 해부학의 관찰은 강력합니다. 그러나 그것들은 수백만 년 전에 발생한 것으로 생각되는 생물학적 변화의 메아리에 기초합니다. 무슨 일이 있었는지 확신하기 위해, 뇌의 진화 적 성장을 가능하게 한 생리 학적 적응을 정확히 지적하기 위해, 우리는 육체보다 더 깊이 빠져 나와서 우리의 게놈으로 뛰어 들어야 할 것입니다.
.유전자가 뇌를 만드는 방법
약 8 년 전, Wray와 그의 동료들은 에너지로 사용되는 포도당의 움직임에 영향을 미치는 유전자의 가족을 조사하기 시작했습니다. 유전자 패밀리의 한 구성원은 특히 뇌 조직에서 활동하는 반면, 다른 하나는 근육에서 가장 활성입니다. 인간 뇌의 크기에 뇌 조직과 근육 사이의 대사 상충이 필요한 경우,이 유전자는 인간과 침팬지에서 다르게 행동해야합니다.
Wray와 그의 팀은 사망 한 인간과 침팬지의 뇌, 근육 및 간 샘플을 수집하여 각 샘플에서 유전자 활동을 측정하려고 시도했습니다. 세포가 유전자를 "발현"할 때, DNA를 먼저 대표적인 메신저 RNA (mRNA) 서열로 번역하고이어서 단백질을 형성하는 아미노산 사슬로 변환한다. 따라서 다양한 수준의 별개의 mRNA는 특정 유형의 조직에서 유전자 활동의 스냅 샷을 제공 할 수 있습니다.
Wray의 팀은 조직에서 mRNA를 추출하여 실험실에서 여러 번 증폭하여 다른 mRNA의 상대적 풍부도를 측정했습니다. 그들은 뇌 중심 글루코스 전환 유전자가 침팬지 뇌보다 인간 뇌 조직에서 3.2 배 더 활성 이었지만, 근육 중심 유전자는 인간 근육보다 침팬지 근육에서 1.6 배 더 활성 이었다는 것을 발견했습니다. 그러나 두 유전자는 두 종의 간에서 유사하게 행동했습니다.
인간과 침팬지 유전자 서열이 거의 동일하다는 점을 감안할 때, 다른 것은 그들의 가변 행동을 설명해야합니다. Wray와 그의 동료들은 유전자의 상응하는 조절 서열 (유전자 활성을 자극하거나 억제하는 DNA 스트레치) 사이에 흥미로운 차이가 발견되었습니다. 인간에서는 침팬지에서는 그렇지 않은 경우, 근육 및 뇌 중심 포도당 트랜스 유전자에 대한 조절 서열은 우연히도 예상되는 것보다 더 많은 돌연변이를 축적하여 이들 영역이 진화가 가속화되었음을 나타냅니다. 다시 말해서, 인간 조절 영역을 근육에서 에너지를 뿌려 뇌로 채널로 옮기는 방식으로 인간 조절 영역을 수정하는 강한 진화 압력이있었습니다. 유전자는 화석이 할 수없는 방식으로 값 비싼 조직 가설을 확증했습니다.
작년에 일본 오키나와 과학 기술 연구소 (Okinawa Institute for Science and Technology)에서 일하는 계산 생물 학자 카시아 보존 (Kasia Bozek)은 다른 각도에서 신진 대사를 조사한 유사한 연구를 발표했다. 유전자 발현을 보는 것 외에도 Bozek과 그녀의 동료들은 당, 핵산 및 신경 전달 물질을 포함하는 다양한 소분자 그룹 인 대사 산물 수준을 분석했습니다. 많은 대사 산물은 신진 대사에 필요하거나 그것에 의해 생성됩니다. 다른 기관은 자신이하는 일과 필요한 에너지에 따라 뚜렷한 대사 산물 프로파일을 가지고 있습니다. 일반적으로, 밀접하게 관련된 종의 기관의 대사 산물 수준은 먼 관련 종 사이의 수준보다 동기화됩니다. Bozek은 예를 들어 인간과 침팬지 신장의 대사 산물 프로파일이 매우 비슷하다는 것을 발견했습니다. 그러나 침팬지와 인간 뇌 대사 산물 수준의 변화는 전형적인 진화 속도에 근거하여 예상되는 것보다 4 배 더 높았다. 근육 대사 산물은 예상 수준과 7 배로 달랐습니다. Bozek은“단일 유전자는 아마도 많은 대사 산물을 조절할 수 있습니다. "따라서 유전자 수준에서 차이가 크지 않더라도 대사 산물 수준에서 큰 차이를 얻을 수 있습니다."
.Bozek과 그녀의 동료들은 대학 농구 선수와 전문 암벽 등반가를 포함하여 42 명의 인간을 침팬지와 원숭이에 대항하여 힘을 시험했습니다. 모든 영장류는 자신을 향해 몸무게로 안장 된 슬라이딩 선반을 당겨야했습니다. 신체 크기와 체중을 설명하면서 침팬지와 원숭이는 인간보다 두 배나 강했습니다. 이유는 확실하지 않지만, 우리의 영장류 사촌이 근육에 더 많은 에너지를 공급하기 때문에 우리에서 얻는 것보다 근육에서 더 많은 힘을 얻을 수 있습니다. Bozek은“다른 영장류와 비교할 때, 우리는 뇌에 대한 에너지를 절약하기 위해 근육의 힘을 잃었습니다. “이것은 우리의 근육이 본질적으로 약한 것을 의미하지는 않습니다. 우리는 단지 다른 신진 대사를 가질 수 있습니다.”
한편, Wray는 배아 뇌 발달 전문가 인 Duke 동료 인 Debra Silver에게 선구자 실험을 시작했습니다. 그들은 우리 뇌의 진화 과거에서 관련 유전자 돌연변이를 식별 할뿐만 아니라, 그 돌연변이를 실험실 마우스의 게놈으로 짜고 결과를 관찰 할 것입니다. Silver는“이것은 아무도 시도하지 않은 것입니다.
연구원들은 인간 가속 지역 (HARS)의 데이터베이스를 스캔하여 시작했습니다. 이러한 조절 DNA 서열은 모든 척추 동물에 공통적이지만 인간에게는 빠르게 돌연변이되었다. 그들은 뇌 발달을 조정하는 유전자를 제어하는 것처럼 보였던 HARE5에 집중하기로 결정했습니다. HARE5의 인간 버전은 침팬지와 16 개의 DNA 문자와 다릅니다. Silver and Wray는 Hare5의 침팬지 사본을 한 그룹의 마우스와 인간 판을 별도의 그룹으로 소개했습니다. 그런 다음 배아 마우스 뇌가 어떻게 자랐는지
9 일의 발달 후, 마우스 배아는 피질을 형성하기 시작합니다. 10 일째에, HARE5의 인간 버전은 침팬지 카피보다 신진 생쥐 뇌에서 훨씬 더 활동적이어서 궁극적으로 12 % 더 큰 뇌를 생성했습니다. 추가 테스트에 따르면 HARE5는 특정 배아 뇌 세포가 12 시간에서 9 시간으로 나누고 곱하는 데 필요한 시간을 단축 시켰습니다. 인간 Hare5를 가진 마우스는 새로운 뉴런을 더 빠르게 생성하고있었습니다.
Silver는“이런 종류의 연구는 우리가 전체 게놈 서열이 없었을 때 10 년 전만해도 불가능했을 것입니다. "정말 흥미 롭습니다." 그러나 그녀는 또한 인간의 뇌가 어떻게 폭발하는지 완전히 대답하기 위해 더 많은 연구가 필요하다고 강조했다. “단 하나 또는 두 개의 돌연변이로 뇌 크기를 설명 할 수 있다고 생각하는 것은 실수입니다. 나는 그것이 잘못된 것 같아요. 우리는 아마도 어떤면에서 발달 규칙을 촉구하는 많은 작은 변화를 얻었을 것입니다.”
.Wray는 다음과 같이 동의합니다.“그것은 단지 몇 가지 돌연변이가 아니 었습니다. - 당신은 더 큰 두뇌를 얻습니다. 인간과 침팬지 뇌 사이의 변화에 대해 더 많이 배울 때, 우리는 많은 유전자가 관련 될 것이라는 것을 알고 있습니다. 문은 이제 거기에 들어가서 실제로 이해를 시작하기 위해 열려 있습니다. 뇌는 너무 많은 미묘하고 무성한 방식으로 변형됩니다.”
뇌와 몸
인간 뇌의 확장의 역학은 오랫동안 신비했지만 그 중요성은 거의 의문의 여지가 없었습니다. 연구원들은 다른 동물들에 비해 매우 높은 수준의 지능의 주요 원인으로 인간 뇌 크기의 진화 적 서지를 반복해서 인용했습니다. 고래와 코끼리 뇌에 대한 최근의 연구가 분명하게 만들어지면 크기는 모든 것이 아니라 확실히 무언가에 중요합니다. 우리가 대단한 사촌보다 더 많은 피질 뉴런을 가지고있는 이유는 우리가 더 밀도가 높은 뇌를 가지고 있다는 것이 아니라 오히려 모든 추가 세포를 수용 할 수있을만큼 큰 뇌를지지하기 위해 진화했기 때문입니다.
.그러나 우리 자신의 큰 머리에 너무 매료 될 때 위험이 있습니다. 그렇습니다. 뉴런으로 포장 된 큰 뇌는 우리가 높은 지능을 고려하는 데 필수적입니다. 그러나 충분하지 않습니다. 돌고래에 손이 있다면 세상이 어떻게 될지 잠시 생각해보십시오. 돌고래는 인상적으로 똑똑합니다. 그들은 자기 인식, 협력, 계획 및 언어와 문법의 기초를 보여주었습니다. 그러나 APE에 비해 세계 원료를 조작하는 능력이 심각하게 제한됩니다. 돌고래는 석기 시대에 들어 가지 않을 것입니다. 오리발은 냉담 할 수 없습니다.
마찬가지로, 우리는 침팬지와 보노 보스가 인간의 언어를 이해하고 터치 스크린 키보드로 간단한 문장을 형성 할 수 있지만, 보컬 트랙은 음성에 필요한 뚜렷한 일련의 사운드를 만들어내는 데 부적절합니다. 반대로, 일부 조류는 인간의 연설을 완벽하게 흉내낼 수있는 올바른 보컬 해부학을 가지고 있지만, 뇌는 충분히 크거나 복잡한 언어를 습득 할 수있는 올바른 방법으로 연결되어 있지 않습니다.
인간의 뇌가 아무리 커지거나 우리가 얼마나 많은 에너지를 뿌렸더라도 올바른 몸 없이는 쓸모가 없었을 것입니다. 특히 세 가지 중요한 적응은 우리의 급격한 뇌와 함께 우리의 전반적인 지능을 극적으로 증가시키기 위해 일했습니다. 다른 동물을 능가하는 수동 손재주; 그리고 우리가 말하고 노래 할 수있는 보컬 트랙. 그러므로 인간 지능은 아무리 큰 경우에도 단일 기관으로 추적 될 수 없습니다. 그것은 신체 전체에 적응의 원천적 합류에서 나왔습니다. 노긴의 크기에 대한 지속적인 강박 관념에도 불구하고 사실은 우리의 지능이 항상 우리의 뇌보다 훨씬 더 크다는 것입니다.
