Ta isoleeris DNA Egiptuse muumiatest. Ta avastas iidse inimese väljasurnud liigi Denisovans, sekveneerides pisikesest luutükist DNA. Ta juhtis ulatuslikku uuringut neandertaallaste genoomi rekonstrueerimiseks - ja leidis nende geenidest jälgi, mis varitsevad veel tänapäevalgi mõnes meist. Nüüd soovib Rootsi geneetik dr Svante Paabo pöörata paleontoloogia taas tagurpidi - seekord kavatseb ta kasvatada neandertallase tüvirakke pisikestes ajuorgaanides katseklaasis.
Ta ei plaani neandertaallaste aju täielikult vaadis taastada - pigem soovib ta kasutada geeni redigeerimist, et anda inimese tüvirakkudele neandertallastes leiduvate geenide mitu varianti. Need redigeeritud tüvirakud paigutatakse seejärel väikestesse ajurakkudesse, mis jäljendavad loote aju arengut koos oma veresoonte, närvivõrkude ja toimiva sünapsiga.
Võrreldes mitteandertaliseeritud miniaju kasvu inimese omaga, loodab Paabo välja tuua geneetilised tegurid, mis muudavad meid nii eriliseks.
“Neandertallased olid intelligentsed nagu teised imetajad. Nad ei läinud ookeani välja, kui nad ei näinud teist kallast,”räägib Paabo. "Kuid minu jaoks on inimkonna ajaloo suurim küsimus: miks oleme muutunud nii meeleheitlikuks?"
DNA revolutsioon
Paleontoloogid on juba ammu mõelnud, kuidas evolutsioon on meie hämmastavaid ajusid pimendanud. Võrreldes meie geneetikat meie lähimate ahvena nõbude geneetikaga, on geneetikud valutult eraldanud käputäie kriitiliselt erinevaid geene. Näiteks näivad FOXP2 väikesed mutatsioonid olevat meie võime aluseks keerukate foneemide ja sõnade moodustamisel. Mõni usub isegi, et FOXP2 on oluline bioloogiline eelis, mida meie rikas, rikas keel meile annab.
Kahjuks saab genoomide võrdlemisel tuvastada ainult geene, mis erinevad inimeste ja inimahvide vahel - kuid kuidas need geenid meie aju arengut kujundasid, jääb vastuseta.
Reklaamvideo:
"Varem piirdusime ainult andmete järjestamise ja teiste primaatide erinevuste kataloogimisega," kurdab neurogeneetik Simon Fischer, kes juhib Hollandis Nijmegenis asuvat Max Plancki psühholingvistika instituuti. "Pärast nii pikkade traditsiooniliste instrumentidega töötamist oleme pisut pettunud."
Nüüd on tänu hämmastavale DNA-tehnoloogiale kõik muutumas.
Umbes kolmkümmend aastat tagasi hakkas Paabo tõsiselt kaaluma radikaalset ideed: kas DNA saab surnud kudedest eraldada? Ehkki DNA on teiste biomolekulide, näiteks valkudega võrreldes suhteliselt stabiilne, hakkab see pärast surma kiiresti lagunema. Kuulus topeltheeliks, mis on looduse poolt hoolikalt kompaktseteks struktuurideks kokku keritud, laguneb aja jooksul lühemateks ja lühemateks fragmentideks. Nende kildude sidumine sidusatesse struktuuridesse on osutunud äärmiselt keeruliseks, kuid 1985. aastal näitas Paabo veenvalt, et seda saab teha, kasutades 2400-aastase muumia säilmeid.
See avastus avas paleontoloogia uksed. Teadlasi ei seo enam tänapäevaste, elavate liikide traditsiooniline DNA; neil on nüüd võimas tööriist ajas tagasi minemiseks ja ajaloo kadunud DNA uurimiseks.
Sellest esimesest edust pimestatud, pöördus Paabo neandertallaste poole - salapärane inimharu, mis suri enam kui 30 000 aastat tagasi. Aastal 2016 avaldas ta esimese neandertaallase geenivaramu, šokeerides teadlasi ja avalikkust intrigeeriva leiuga: 1–6 protsenti neandertaallaste geenidest oli inimestel Euroopast, Lähis-Idast ja Kaug-Idast. Teisisõnu, mingil muistse ajaloo hetkel tantsisid meie esivanemad horisontaalset tango oma neandertallase nõbudega ja meie oleme nende tantsude otsene pärand.
„Neandertallased on jätnud jälje täna elavate inimeste DNA-sse. See on väga lahe. Neandertallased polnud täielikult väljasurevad,”ütles Paabo toona.
Tema avastus viis laiema küsimuseni: mil määral on neandertallased meiega seotud? Nagu tänapäevased inimesed, elasid ka need silmapaistva laugudega laia lõuaga hominiidid koobastes ja maalisid seinu, tegid mütse ja kaunistasid oma keha lilledega juba ammu enne seda, kui tänapäeva inimesed Euroopasse jalga panid. Kuid nad olid väljasurnud ja inimesi oli arvuliselt miljard ning hajus kogu maailmas.
Meie genoomide võrdlemisega tuvastas Paabo meeskond mitmeid piirkondi, mis sisaldasid DNA variatsioone - muutusi, mis võiksid aidata inimestel kohaneda. Nende hulgas on genoomsed piirkonnad, mis mängivad rolli kognitiivses arengus.
Kuigi meie metsikult erinevad saatused ei pruugi olla täielikult seotud tunnetuserinevustega, arvab Paabo, et see on hea koht alustamiseks. Ja tänu aju organellidele saab ta nüüd oma ideed proovile panna.
Ajupallid
Aju organoide nimetatakse erinevalt: ajusfäärid, miniajud, aju organellid. Esmakordselt leiutatud 2013. aastal näevad need veidrad kuulid või ajutilgad üsna jube välja. Kuid kuna nende kasv peegeldab inimese embrüonaalse aju arengut, said need pallid kiiresti neuroteadlaste lemmikmänguasjaks.
Aju organellide valmistamiseks on palju erinevaid retsepte, kuid need on tavaliselt valmistatud inimese tüvirakkudest. Tiheda järelevalve all arenevad rakud keemilise supi abil aeglaselt deformeerunud ajukoe tükkideks. Sarnaselt päris inimese ajuga sisaldab enamus tilka ajukoorega sarnast struktuuri, aju kortsus välimist kihti, mis korraldab kõrgema taseme kognitiivseid funktsioone, nagu tähelepanu, keel ja mõte.
Pärast piisava aja möödumist täidetakse ajupallide neuronid elektrilise aktiivsusega ja nad ühendatakse närvivõrkudega, mõned ühendused ulatuvad läbi kogu organoidi. Need ajutilgad pole “miniajud” selles mõttes, et nad suudavad mõelda või tunda, ei. Kuid nende rakulise koostise ja geeniekspressiooni hoolikas analüüs näitas funktsionaalsete neuronitüüpide komplekti, mille ühendatud töö sarnaneb teise trimestri embrüo ajuga.
Teisisõnu on ajupallid ideaalsed kandidaadid aju arengu uurimiseks. Alates nende loomisest on neid kasutatud autismi, skisofreenia jäljendamiseks ja Zika viiruse mõju uurimiseks loote ajule.
Ja nüüd, tänu Paabole, leiavad nad rakendusi paleontoloogias.
Neandertallaste taaselustamine
Kogu neandertaallaste genoomi taastamiseks peaksid teadlased vahetama miljon geeni. See ambitsioonikas eesmärk pole praegu isegi selliste keerukate genoomi redigeerimise tööriistade abil võimalik, nagu CRISPR.
Kõigi neandertaallaste variantide inimese tüvirakkudesse töötlemata jätmise asemel võtab Paabo välja peenema lähenemisviisi: ta tutvustab ainult kolme võtmegeeni, mis erinevad inimeste ja neandertallaste vahel, ning jälgib seejärel nende geenide mõju aju arengule.
See on tõestatud meetod.
Mitu aastat tagasi, töötades koos Max Plancki molekulaarrakkude bioloogia ja geneetika instituudi neuroteadlase Wieland Hattneriga, kasvatas meeskond aju organellid, kasutades inimeste ja teiste primaatide leukotsüüte. Ajutilgad on arenenud mitme nädala jooksul, võimaldades teadlastel võrrelda ja vastandada seda, kuidas rakkude kasv liigiti erineb. Kasutades elavat mikroskoopiat, leidsid teadlased, et inimese rakud muutuvad ahvidega võrreldes poolteist korda pikemaks, et enne tütarrakkudeks jaotumist oma kromosoome joondada. Ja see pikendamine aitab kuidagi inimestel genereerida palju rohkem närvirakke kui meie lähimad primaatide sugulased.
Paabo loodab neandertallase miniajudes leida neid silmatorkavamaid erinevusi, kuna need võivad selgitada, miks tänapäeva inimesed on liigid vallutanud.
"Parim tulemus oleks see, et geneetilised muutused põhjustavad närvirakkude pikemat või hargnenud kasvu," ütleb ta. "Võiks öelda, et see on bioloogiline alus, miks meie ajud toimivad erinevalt."
Lõppude lõpuks on see alles inimkonna ainulaadsuse uurimise algus, mis sai võimalikuks alles nüüd.
Ilja Khel
