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來自馬克斯-普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所（MPI-CBG）的科學家們發現，蛋白質TKTL1的現代人類變體與尼安德特人的變體只有一個氨基酸的差異，它增加了現代人類大腦中一種特定類型的腦祖細胞，稱為基底放射狀膠質。基底放射狀膠質細胞在發育中的新皮層中產生大部分的神經元，而新皮層是大腦的一部分，對許多認知能力至關重要。由于TKTL1的活性在胎兒人腦的額葉中特別高，科學家們得出結論，TKTL1中這種單一的人類特有的氨基酸替換是現代人在發育中的新皮層額葉中產生比尼安德特人更多的神經元的基礎。

在現代人和我們的已滅絕的近親尼安德特人和丹尼索瓦人之間，僅有少數蛋白質的氨基酸序列存在差異--蛋白質的構建塊。這些差異對于現代人類大腦的發展有什么生物學意義，在很大程度上是未知的。事實上，現代人和尼安德特人的特點是大腦，特別是新皮質的大小相似，但這種相似的新皮質大小是否意味著相似的神經元數量仍不清楚。

馬克斯-普朗克分子細胞生物學和遺傳學研究所（MPI-CBG）的創始人之一Wieland Huttner研究小組的最新研究正是針對這一問題。這項研究是與馬克斯-普朗克進化人類學研究所主任Svante P??bo和德累斯頓大學醫院的Pauline Wimberger及其同事合作進行的。

科學家們專注于這些蛋白質中的一個，與尼安德特人相比，基本上所有的現代人都出現了一個氨基酸變化，即蛋白質transketolase-like 1（TKTL1）。具體來說，在現代人中，TKTL1在有關的序列位置上含有一個精氨酸，而在尼安德特人的TKTL1中，它是相關的氨基酸賴氨酸。在胎兒的人類新皮層中，TKTL1在新皮層祖細胞中被發現，所有皮層神經元都是從這些細胞中產生的。值得注意的是，TKTL1的水平在額葉的祖細胞中是最高的。

該研究的主要作者、Wieland Huttner小組的研究員Anneline Pinson著手研究這一個氨基酸變化對新皮質發育的意義。Anneline和她的同事將TKTL1的現代人類或尼安德特人變體引入小鼠胚胎的新皮質中。他們觀察到，基底放射狀膠質細胞，即被認為是增大大腦的驅動力的那種新皮層祖細胞，在TKTL1的現代人類變體中有所增加，而在尼安德特人變體中則沒有。因此，帶有現代人類TKTL1的小鼠胚胎的大腦含有更多的神經元。

此后，研究人員探討了這些影響與人類大腦發育的相關性。為此，他們利用人腦器官，用尼安德特人TKTL1特有的賴氨酸取代了現代人TKTL1中的精氨酸。這些是微型的器官樣結構，可以在實驗室的細胞培養皿中從人類干細胞中培養出來，并模仿人類早期大腦發育的各個方面。

“我們發現，在TKTL1中使用尼安德特人類型的氨基酸時，產生的基底放射狀膠質細胞比使用現代人類型的要少，因此，產生的神經元也更少，”Anneline Pinson說。“這向我們表明，盡管我們不知道尼安德特人的大腦有多少神經元，但我們可以假設現代人在TKTL1活性最高的大腦額葉有比尼安德特人更多的神經元。”

研究人員還發現，現代人的TKTL1通過改變代謝發揮作用。具體而言，刺激磷酸戊糖途徑，然后增加脂肪酸的合成。通過這種方式，現代人TKTL1被認為增加了某些膜脂質的合成，這些膜脂質是生成基底放射狀膠質細胞的長過程，刺激了它們的增殖，因此增加了神經元的生產。

“這項研究暗示，現代人在胎兒發育過程中新皮質的神經元產量比尼安德特人要大，特別是在額葉，”監督這項研究的Wieland Huttner總結說。“很容易推測這促進了與額葉相關的現代人類認知能力。”