中国科学院昆明动物研究所的一位资深研究员对遗传树叉上的一个分裂点感到兴奋。这个点代表一个关键基因,学名是垂体腺苷酸环化酶激活肽(PACAP)前体基因。在最终分裂开来形成万花筒世界的基因树上,这个点出现在人类和它们的近亲黑猩猩分化的那一刻。分化后,这种奇怪的基因只在人脑中充分发育和进化,却在黑猩猩的大脑中“消失”了。
为什么人可以是人,猩猩却永远是猩猩?作为近亲,是什么让人类变得更聪明,拥有远超黑猩猩的创造力和认知能力?
发现这个基因后,老兵开始了一个大胆的假设:人和猩猩分化后,垂体腺苷酸环化酶激活肽的前体基因在人脑中迅速发育,但在黑猩猩脑中停滞不前。或许,“垂体腺苷酸环化酶激活肽的前体基因是导致人类智力的关键因素。”苏兵老师的题目是“人类智力起源的分子基础”。他认为这一发现将有助于我们揭开人类智力起源的神秘面纱。
他的相关研究论文刚刚发表在美国《遗传学》杂志上,随后在《科学》杂志上报道。这一研究成果引起了国际科学界的关注。美国伊利诺伊州芝加哥大学遗传学家布鲁斯·莱恩(Bruce Lahn)认为,人类和黑猩猩之间PACAP前体的差异“非常有趣”。他说,“这项研究为促进人类大脑进化的候选基因列表增加了一名新成员”。
人类的智慧从何而来?这是个老话题了。我们过去常说“劳动创造人,使人聪明”。但驱动这一切可能的智慧“力量”从何而来?正是基因研究的深入,让科学家们相信有些基因在人类进化中起着更具决定性的作用。基因差异导致了人类与黑猩猩的分离。选择黑猩猩作为研究对象,当然是因为黑猩猩足够聪明。研究黑猩猩的大脑基因,比较大脑发育基因的差异,将有助于解释从黑猩猩到人类认知能力的飞跃。黑猩猩被视为人类的近亲,甚至“猩猩是否应该被视为人类”的话题也在科学界引起了激烈的讨论。
2003年,美国韦恩州立大学的科学家古德曼和他的同事提出了一个发人深省的建议:应该把黑猩猩归为人类。这一提议的背景是:Goodman等人选取了人类、黑猩猩、大猩猩、猩猩、旧世界猴和小鼠作为研究对象,比较了这六个物种之间97个功能基因的差异。结果显示,在功能基因的DNA序列上,黑猩猩与人类的相似度为99.4%,最为接近。
这一提议立即在科学界引起争议。例如,加州理工学院科学家布里顿的研究表明,黑猩猩和人类的基因信息差异可能达到5%,高于科学家普遍认为的1.5%。因此,古德曼的提议是有争议的。破译了黑猩猩的22号染色体后,推断黑猩猩在进化过程中丢失的DNA片段比人类多,这可能是它们之间存在诸多差异的重要原因。虽然在基因层面很难判断一个人和一只黑猩猩,但是在对比了他们的大脑和行为之后,差异是显而易见的。
科学家认为,一定有一种与大脑发育相关的重要基因的进化可以帮助解释这种差异。进化树上的神秘基因,资深研究员介绍,他在实验中发现,当人类和黑猩猩在进化树上“分道扬镳”时,PACAP的前体基因在人类“家族”中以异常的速度进化。在进化过程中,PACAP的前身做了大量的工作:至少它曾经编码了多种不同的蛋白质。在人体内,一个能产生PACAP38蛋白的基因区域与此密切相关。
老兵推测,这种蛋白质在神经细胞的传递过程中发挥着不同的作用,对小脑的正常发育和脑细胞的转移起着关键作用。特别是另一个名为“未知领域”(UD)的基因序列也表明,这个基因在人类进化过程中发生了极其迅速的变化——其速度约为其他哺乳动物中UD基因的7倍——基因序列也表明,在进化过程中优先选择了UD基因。“这就是达尔文的选择。
老军人介绍。达尔文的积极选择是一个生物学术语。简单来说就是有利的选择,不利的或者致命的淘汰。苏冰推测,这种基因的变化一定是由于人类大脑的适应性变化,很可能与人类智力的起源密切相关。由此,他们预测:“人类的神经中可能会产生一种新的多肽,这种多肽与黑猩猩的明显不同。它是一种新的具有活性的神经肽,但在非人灵长类动物中没有发现。”“我们认为垂体腺苷酸环化酶激活肽(PACAP)的前体基因与人类智力的起源密切相关。”“它起什么作用?这个基因的独特功能和系统将是我们下一步继续努力的方向。”
基因让黑猩猩不如人类聪明。人类和猿类的分化是在500万年前。黑猩猩是最接近人类的动物。在之前的基因研究中,科学家倾向于认为人类和猩猩的“差别”并不大,只有2%左右的差别。然而,就是这2%的基因差异,让人类和猩猩的智力、行为、心理、生理变成了一个微小的差异,差之千里。但从神经语言学、神经心理学等更高级的神经活动和心理活动来看,人类与猩猩、猴子的差距不是几个数量级,而可能是人类婴儿与成人的差别。
有几个事实可以说明问题。根据美国和法国科研小组的研究,对婴儿和成年猴子说日语和荷兰语,两者都不懂单词的意思,但两者都能分辨出是日本人还是荷兰人。研究人员不确定是否是提示使得婴儿和猴子区分这两种语言,但当倒着说日语和荷兰语时,猴子和婴儿无法区分这两种语言,这表明它们的神经在处理语言输入时确实有相同的机制。这一事实也说明,婴儿的语言能力在某些方面与成年猴子相似,因此可以推断,猴子的智力在某些方面可能与婴儿相当。
因为语音处理不是人类独有的能力,而是所有灵长类动物的能力。而且,听节奏等语言特征的能力可能来自同一种灵长类动物的进化史。从猩猩和猴子的很多行为和智力可以推断出人类的童年。
基因研究发现,人类和黑猩猩的共同祖先可能拥有比两者都更长的染色体。人类之所以比黑猩猩聪明,是因为黑猩猩分化后丢失的DNA片段比人类多:黑猩猩22号染色体与其对应的人类21号染色体的单碱基差异为1.44%,明显高于此前的报道;有68000个DNA片段的插入和删除,导致人类21号染色体的长度比黑猩猩22号染色体长400kb。这些数据可以用来解释未来人类和其他动物的区别。在31个表达的基因中,83%的基因在蛋白质中有氨基酸系列的变化,21个基因在人和黑猩猩的脑和肝中的表达有1.5-10倍的明显差异,这可能与它们对某些疾病的易感性有关