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我们的大脑可以说是人类与其他灵长类动物最不同的器官。它的体型、复杂性和能力远远超过地球上任何其他物种。然而，人类95%以上的基因组与现存的近亲黑猩猩是相同的。
我们的大脑可以说是人类区别于其他灵长类动物的最大器官。它的体型、复杂性和能力远远超过地球上任何其他物种。然而，人类95%以上的基因组与我们的近亲黑猩猩是相同的。
加州大学圣巴巴拉分校生态、进化和海洋生物系教授Soojin Yi，她的博士生Dennis Joshy和合作者Gabriel Santepere，在巴塞罗那德尔马医院医学研究所，旨在确定不同类型脑细胞中的基因与黑猩猩的基因相比是如何进化的。他们发现，虽然我们的基因编码的蛋白质几乎与其他类人猿相同，但我们的许多基因比其他灵长类动物更多产。他们的研究结果发表在《美国国家科学院院刊》上，强调了基因表达在人类大脑进化和功能中的作用。
解读大自然的蓝图
每个基因都告诉细胞制造一种特定的分子，但这不是由DNA本身完成的。相反，信息通过一种叫做信使RNA的分子传递给细胞机器。研究人员通过观察特定基因产生的mRNA数量来测量基因表达。
当科学家们开始理解基因组作为生命蓝图的作用时，他们认为也许人类基因组可以解释我们的独特特征。但是，2005年与黑猩猩进行的一项全面比较显示，我们有99%的基因是相同的（尽管科学家们后来修改了这个数字）。这证实了早期基于少量基因的研究表明，人类和黑猩猩的基因组之间只有很小的差异。
现在生物学家怀疑基因表达可能是造成这些差异的原因。想想帝王蝶。成虫的基因组和它还是毛毛虫的时候是一样的。这两个生命阶段之间令人难以置信的差异都归结于基因表达。打开和关闭不同的基因，或者让它们编码或多或少的mRNA，都能极大地改变生物体的特征。
获得更清晰的图像
此前的研究发现，人类和黑猩猩之间的基因表达存在差异，人类细胞的基因表达往往更高，但研究结果并不清晰。大脑是由多种不同的细胞组成的。传统上，科学家将脑细胞分为两大类：神经元细胞和神经胶质细胞。神经元携带电化学信号，有点像大楼里的铜线。神经胶质细胞执行大部分其他功能，如绝缘导线、支撑结构和清除碎片。
直到最近，科学家们还只能研究由许多不同类型细胞组成的大块组织样本。但在过去的十年里，一次检测一个细胞核已经成为可能。这使得研究人员能够区分细胞类型，甚至是亚型。
Yi、josh和Santepere使用了一个设备生成的数据集，该设备有一个非常窄的通道，可以将每个细胞核在阵列中分离到自己的腔室中。然后将细胞按类型分组，再进行统计分析
研究小组通过观察人类、黑猩猩和猕猴体内产生的特定基因mRNA的数量来测量基因表达。在特定物种中，与其他物种相比，上调基因产生的mRNA更多，而下调基因产生的mRNA更少。将黑猩猩和人类与猕猴进行比较，使研究人员能够分辨出两种猿类之间的差异是由于黑猩猩的变化，还是人类的变化，或者两者兼而有之。
作者记录了研究中25,000个基因中约5% -10%的表达差异。总的来说，与黑猩猩相比，人类细胞有更多的上调基因。这比研究人员发现的比例要大得多，因为他们无法按细胞类型进行分析。当作者开始考虑细胞亚型时，这一比例上升到12-15%。
“现在我们可以看到，单个细胞类型有自己的进化路径，变得真正特化，”Yi说。
不仅仅是神经元
我们神经通路的复杂性在动物界是无与伦比的，然而，易怀疑我们独特的智力并不是这本身的结果。人类神经胶质细胞占我们大脑细胞的一半以上，甚至比黑猩猩的比例要大得多。
在胶质细胞中，少突胶质细胞的基因表达差异最大。这些细胞创造了包裹神经元的绝缘层，使它们的电信号传播得更快更有效。在去年发表的一项合作研究中，研究小组观察到，与黑猩猩相比，人类的前体细胞与成熟少突胶质细胞的比例更高。易怀疑这可能与人类大脑惊人的神经可塑性和缓慢的发育有关。
“我们神经网络的复杂性的增加可能不是单独进化的，”Yi说。“它不可能存在，除非所有这些其他细胞类型也进化，并使神经元多样性、神经元数量和网络复杂性的扩大成为可能。”
这项研究只考虑了来自大脑少数区域的细胞；然而，大脑某个区域的细胞可能与其他区域的对应细胞不同。他计划研究基因表达差异背后的机制，以及基因如何映射到不同的性状。
她还计划通过结合来自更遥远的动物的基线来追踪我们进化史上更早的差异基因表达。她对研究我们和其他古人类之间的基因组差异很感兴趣，比如尼安德特人和丹尼索瓦人。
进化不仅仅是基因的改变。“差异基因表达确实是人类大脑进化的方式”。
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