Ha a beszéd az ember evolúciós sajátossága, akkor annak genetikai alapja is kell, hogy legyen. Általános tény, hogy a majmok közül mindössze 1% különböztet meg minket a legközelebbi rokontól genetikai anyag. Úgy tűnik, ez nem sok, de a teljes genom válogatása az érdeklődési különbségek keresése érdekében nem olyan egyszerű. Ez a megközelítés még nem hoz lenyűgöző felfedezéseket: a talált különbségek többsége funkcionálisan semleges. Ezért a "legemberibb" tulajdonságok genetikája, beleértve a beszédet is, többnyire ismeretlen marad. Egy másik megközelítés is rendelkezésünkre áll: a kórkép genetikai alapjainak meghatározása számunkra érdekes, károsodott funkciójú betegeknél. Minden, amit ma ismerünk a beszéd genetikájáról, így kiderült.

KE család

Az 1990-es években egy brit család, amelyet a szakirodalomban KE-nek hívnak, a tudósok figyelmébe került. Ebben a családban egy meglehetősen súlyos beszédzavar három generációban fordult elő, és ez autoszomális domináns tulajdonságként öröklődött. Ez a felfedezés óriási feltűnést keltett: egyes tudósok gyorsan arra a következtetésre jutottak, hogy közel járunk egy „beszédgén” vagy akár egy „nyelvtani gén” felfedezéséhez. Jóval azelőtt, hogy a biológia ezt megerősíthette vagy cáfolhatta volna, Noam Chomsky ragaszkodott ahhoz, hogy létezik valamiféle veleszületett nyelvelsajátítási mechanizmus (nyelvelsajátítási eszköz), amely már "ki van élesítve" egy univerzális nyelvtanhoz, amely előre "tudja" a nyelv általános elveit, és csak meghatározott nyelvi környezetre várva . De ha a mechanizmus veleszületett, akkor annak genetikai alapja lesz – és azok minden szeme a KE család felé fordult.

Először neuropszichológiai vizsgálatot végeztek. Kiderült, hogy az összes családtagnak, beleértve azokat is, akik nem szenvedtek beszédzavartól, az IQ átlag alatti volt. Vagyis először is, a leírt beszédzavar nem egészen specifikus, és egyes megnyilvánulásai a mentális retardáció következményei lehetnek. Másodszor, a speciális beszédtesztek sem erősítették meg azt a hipotézist, hogy a nyelvtani szabályok használatának képessége érintett. Inkább a mozgáskoordinációval, az orofaciális zóna izmainak kontrollálásával voltak nehézségek a betegeknek. Ugyanakkor a rendellenesség apraxia jellegű volt, vagyis a motoros programok fejlődésének megsértése, de kifejezetten a beszéd vonatkozásában; azóta is illően nevezik: a gyermekek beszédapraxiája. De érdekes, hogy nemcsak a szóbeli beszédben, hanem az írásban is találtak hibákat, és a beszéd észlelésében is szerepet játszottak (tudható, hogy valaki más beszédének észleléséhez saját, belső motoros programjainkra való hivatkozás szükséges). Neuroimaging vizsgálatok kimutatták, hogy volt egy agyi fejlődési rendellenesség, amely morfológiailag kimutatható méretváltozást eredményezett bizonyos struktúrák, köztük a kéreg alatti magok és a kisagy méretében.

Ennek ellenére nyilvánvaló volt a kapcsolat a beszéd funkciójával, és ez volt az egyetlen "genetikai nyom", amely a tudósok kezébe került. A kilencvenes évek végén megkezdődött a beszédzavarokat okozó genetikai struktúrák keresése a KE családban. Először azt találták, hogy a 7-es kromoszóma szerkezetében különbözik, majd - a specifikus szakaszától, ahol a gén feltehetően lokalizálódott. SPCH1-nek nevezték el - és végül egy másik klinikai eset adatait felhasználva magát a gént is megtalálták - a FOXP2-t.

FOXP2 az evolúcióban

A FOXP2 termék egy transzkripciós faktor, azaz más gének expresszióját szabályozza. Közvetlenül kötődik az ezeket a géneket tartalmazó DNS-régiókhoz, ami befolyásolja transzkripciójuk valószínűségét. Ennek a fehérjének egy strukturális motívuma – egy villa alakú domén (forkhead-box, vagy röviden FOX domén), amely a DNS-hez kötődik.

Úgy tűnik, a gén a beszédnél fontosabb funkciókban vesz részt. Ezt jelzi, hogy az emberi populációban hiányoznak azok az egyedek, akikben a FOXP2 mindkét kópiája károsodna. Ráadásul az evolúciós vizsgálatok azt találták, hogy ez a gén erősen konzervált emlősökben: csimpánzokban, gorillákban és rhesus makákókban mindössze egyetlen aminosav szubsztitúcióban tér el az egerekben lévő ortológjától. A megfelelő majomgén két aminosav szubsztitúcióban különbözik a humán ortológtól. Jelentősebb különbségek azonban az expresszió jellegében derülnek ki: például emberben a glutaminmolekulák ismétlődő szekvenciája változó hosszúságú, míg a csimpánzoknál ez a tulajdonság nem figyelhető meg. Ezenkívül megjegyezték, hogy az emberekben a valószínűségi számításokhoz képest az aktív szubsztitúciók száma magasabb, mint a csendes szubsztitúcióké (a csendes mutációk nem vezetnek az aminosav-szekvencia változásához). Ez azt jelzi, hogy a FOXP2 gén humán változata javára történt szelekció, vagyis legalább az egyik gén lehetett, amely meghatározta a nyelvi képességek megjelenését az evolúcióban.

A FOXP2 intron variabilitásának elemzése különböző emberi populációkban lehetővé tette annak a mutációnak a megjelenési idejének hozzávetőleges becslését, amely a gént modern megjelenés. Ez körülbelül 220 ezer évvel ezelőtt történt, vagyis a modern anatómiai típus (CHSAT), a Homo Sapiens kialakulása során. Később azonban kiderült, hogy a FOXP2 a neandervölgyieknél is így nézett ki, vagyis a génnek a neandervölgyi és a PCAT közös őse létezése idején kellett volna megjelennie, körülbelül 300-400 ezer évvel ezelőtt. Maguk a datálási módszerek azonban további ellenőrzést igényelnek.

FOXP2 egerekben

A kutatók következő lépése a FOXP2 funkcióinak tanulmányozása volt, és mivel csak néhány aminosav szubsztitúcióban különbözik egerekben, hasznos modellnek tűnnek. A Foxp2 knockout hatásai között (az egér változatban a helyesírása némileg eltér) a hangosítással kapcsolatosak: az ilyen állatok kevésbé valószínű, hogy spontán hangot adnak – de ezek ellentmondásosak, és messze nem az első helyen állnak. A Foxp2 knockout egerekben az embriogenezis során a neuronok növekedése és elágazása károsodik, és az axonnövekedés iránya torzul. A "kikapcsolt" génnel rendelkező egerek 3-4 hétig élnek, lassan híznak, de nem

eléri a normál méretet, többszörös motoros rendellenességei vannak, ami a kisagy késleltetett érésével magyarázható. Az emberek nem mutatnak neurológiai tüneteket a FOXP2-hibákhoz kapcsolódóan, kivéve az említett kognitív hiányosságokat.

Lehetséges, hogy a FOXP2 gén (és homológja egerekben) normál kópiáinak hiányának letalitása a más szövetekben, például a szívben és a tüdőben gyakorolt ​​hatásoknak köszönhető. A gén főként a kéreg mély rétegeiben, a kisagy Purkinje sejtjeiben és a striatum közepes méretű tüskés neuronjaiban expresszálódik.

Egy másik kísérlet az volt, hogy egerekben ugyanazt a mutációt hozzuk létre a FOXP2-ben, amely a KE családban (és heterozigóta állapotban is) betegséghez vezetett. Az ilyen csere következményeit szöveti szinten részletesebben tanulmányozzák. Megváltozott a szinaptikus plaszticitás a cortico-striatális és -cerebelláris kapcsolatokban; a striatum tüskés neuronjainak glutamáterg szinapszisaiban a normálisnál ritkábban figyeltek meg tartós depressziót. Ennek megfelelően ezen neuronok alapaktivitása az elektrofiziológiai vizsgálatokban megemelkedett, ami összhangban van magában a KE-ben végzett neuroimaging eredményeivel: striatális diszfunkciót is kimutatott.

Érdekesek a FoxP2 madarakon végzett vizsgálatai: bár a gén változata jobban különbözik az emberi változattól, egyértelmű kapcsolata a vokalizációval kimutatható. A gén erősen expresszálódik a striatumban, amely az énekesmadarak hangzásáért felelős ideghálózat része. A zebrapintyeken sikerült kimutatni, hogy ha a gén expresszióját molekuláris genetikai módszerekkel mesterségesen csökkentik, akkor a fióka hiányosan és torz formában tanulja meg fajdalát.

Célja a FOXP2

Ha a FOXP2 egy transzkripciós faktor, akkor a beszéd kialakulását közvetlenül befolyásoló gének célpontjai közé kell, hogy tartozzanak. Számos ilyen gén ismert:

– A CNTNAP2 (Contactin-asssociated protein-like 2) a CASPR2 transzmembrán fehérjét kódolja, amely a neurexin szupercsaládba tartozik, és intercelluláris kölcsönhatásokat közvetít. Bebizonyosodott, hogy a gén különböző mutációi az autizmussal, skizofréniával, epilepsziával és Tourette-szindrómával társulnak. Ezeknek a mutációknak minden hordozója ugyanazokkal a fenotípusos jegyekkel rendelkezik – mentális retardáció, görcsrohamok, autista viselkedés és beszédzavarok –, és e tulajdonságok mindegyike az enyhétől a rokkantságig terjedhet. A minket érdeklő beszédzavarok késleltetésben nyilvánulnak meg beszédfejlődés, teljes beszédhiány és dysarthria. A legtöbbet vizsgált az egyik SNP (single nucleotide polymorphism, single nucleotide polymorphism) összefüggése a specifikus nyelvi károsodással (SLI), amely betegségben hallássérülések és autista jellemzők hiányában a beszéd károsodik. Magas szint A CNTNAP2 expresszióját a Broca területének kéregének II-IV. rétegében és a Sylvian barázdát körülvevő területeken figyelték meg.

– az SRPX2 és uPAR gének komplexben működnek, és a FOXP2 szabályozza mindkettő expresszióját. Az SRPX2 gén a rolllandi epilepsziával és a beszédapraxiával van összefüggésben; morfológiailag az ilyen betegeknek gyakran van microgiriája a Sylvian sulcus régiójában. Egereken kimutatták, hogy az SRPX2 expressziója befolyásolja a serkentő szinapszisok és tüskék képződését, vagyis ebben a kapcsolatban a zavar a FOXP2 kiütésének megfelelő hatásának tudható be egerekben. Az uPAR gén a plazminogén aktivátor receptort kódolja, amely részt vesz az SRPX2 hatásban.

– azon gének között, amelyek expresszióját a FOXP2 szabályozza, vannak az autizmusra jelölt gének, például a MET vagy a MEF2C. A MEF2C (myocyte enhancer factor 2C) funkciója feltehetően az, hogy leszabályozza (azaz elnyomja) a dendrit tüskék és a serkentő szinapszisok képződését a hippocampalis neuronokban; ugyanez történt a tenyésztett striatumsejtekkel végzett kísérletben is. Mivel a FOXP2 csökkenti a MEF2C expresszióját, a diszfunkciója az ellenkező hatáshoz vezet, ami összhangban van a fenti adatokkal: FOXP2 knockout egerekben a striatális neuronok hiperaktivitását látjuk. Az ontogenezisben ez a kortikostriatális kapcsolatok kialakulásához vezet a szokásostól eltérő térfogatban. A MET gén egy tirozin kináz receptort kódol, amely az embriogenezis során számos folyamatban részt vesz. Ami a neurogenezist illeti, ismert, hogy ez a gén aktívan expresszálódik az idegsejtek növekedési kúpjaiban a fejlődés korai szakaszában, és aktiválása a kis GTPáz Cdc42-t érinti, és serkenti az idegsejtek növekedését, a dendrites elágazódást és a gerincképződést. A MET inaktiválása a kísérletben megváltozott neuronok kialakulásához vezetett, amelyek szerkezetükben megfeleltek az érés korai szakaszának. Ha a MET aktiválódása az embriogenezisben elhúzódott, ez elnyomta a glutamáterg szinapszisok kialakulását és érését. A prefrontális régió neuronjaiban a MET expresszió szintjének manipulálására irányuló kísérletek a képződés megsértéséhez vezettek. neurális hálózatok amelyben ezek az idegsejtek általában részt vesznek.

– A DISC-1 (Disrupted in Schizophrenia) gént eredetileg a skizofrénia lehetséges okaként tanulmányozták, de jelenleg sok más mentális zavarban is vizsgálják, beleértve az affektív, a mentális retardációt és az autizmust. Funkciói kevéssé ismertek, de feltételezik, hogy a szinaptogenezishez is szükséges.

Más betegségek, más gének

A FOXP2 és csapata mellett más géneket is találnak, amelyek károsodása a beszédkészség különböző aspektusait érinti. Nyilvánvaló, hogy csak egy gén, még ha transzkripciós faktor is, nem tudja teljes mértékben meghatározni a nyelv fejlődését, és nem képes ilyen éles fordulatot adni az emberi evolúciónak. Nyilvánvalóan ez lassan történt, és sok módosítást igényelt.

A gyermekek mentális zavarai között van egy külön rész, amely kifejezetten a beszédzavarokkal foglalkozik. Mivel genetikailag meghatározott kórképről van szó, amely gyakran gyermekkorban nyilvánul meg, a specifikus gyermekkori beszédzavarok genetikai alapjait meglehetősen jól tanulmányozták.

1. Fejlődési diszlexia (olvasási zavar) - Kiejtési és olvasási nehézségek, amelyek nem magyarázhatók más nyilvánvaló okkal, például alacsony IQ-val vagy testi fogyatékossággal, valamint tanulási zavarokkal. A gyermekek 5-10%-át érinti iskolás korú, és felnőttkorban továbbra is fennállnak a nehézségek. Gyakran vannak nehézségek a beszéd megértésében, ami finomabb tesztekkel derül ki.

Az egész genomra kiterjedő vizsgálatok során 9 DYX1-9 régiót azonosítottak, amelyek összefüggésbe hozhatók e betegség kialakulásával. Ezek közül háromban specifikus gének vannak lokalizálva:

– A DYX1 régióban a DYX1C1 gén. Ennek a génnek a funkciói közé tartozik a neuronok migrációja, a citoszkeleton szerveződése. A bal féltekében DYX1C1 mutációval rendelkező emberek agyának poszt mortem vizsgálatai során enyhe fejlődési rendellenességeket találtak, amelyek disztópikus neuronokhoz és gliasejtekhez kapcsolódnak.

– A DYX2 régió tartalmazza a KIAA0319 és a DCDC2 géneket. A KIAA0319 gén egy nagy extracelluláris doménnel rendelkező membránfehérjét kódol, amely a neuronális adhézióhoz szükséges. A DCDC2 a doublecortin (éretlen neuronok által expresszált fehérje, a neurogenezis markere) egyik doménjét kódolja, és szükséges a citoszkeletális közvetített intracelluláris dinamikához.

– A DYX5 régióban a ROBO1 gén, amely a középvonalat átlépő axonok irányító receptorát kódolja. Mutációi rendre diszfunkcionális interhemispheric kapcsolatok kialakulásához vezetnek.

2. specifikus rendellenesség beszéd - nem más okok miatt, a köznyelvi beszéd elsajátításának képtelensége, ami annak egyik fontos aspektusát érinti: morfológia, szintaxis, pragmatika vagy szemantika. Mind a beszédreprodukció, mind az észlelés károsodhat, ill írott beszéd. A betegség az 5-6 éves gyermekek legfeljebb 7%-át érinti. Az életkor előrehaladtával a hiány korrigálódik, de a komplex tesztek eltérései felnőttkorban is megmaradnak. Már említettük ennek a rendellenességnek az egyik jelölt génjét, a CNTNAP2-t. További kettőt lokalizáltak a 16. kromoszómán: CMIP és ATP2C2. A CMIP egy fehérjét kódol, amely bejut a citoszkeletonba, és az SPP kivételével mutációi autista betegeknél fordulnak elő. Az ATP2C2 a kalcium-ATPázt kódolja, és részt vesz a sejtek magnézium- és kalciumszintjének szabályozásában.

3. A gyermekek beszédapraxiája - az anyag elején leírt rendellenesség, amely segített a FOXP2 gén kimutatásában. Később azonban kiderült, hogy azoknak a betegeknek, akik megfelelnek ennek a rendellenességnek, csak kis százalékában van károsodás a FOXP2 génben, vagyis a legtöbb gyermekkori beszédapraxia más okokra vezethető vissza.

4. A hang kiejtésének zavara - a beszédhangok visszaadásának és helyes használatának nehézségei, amelyek leggyakrabban a jelentés megértése szempontjából jelentős hangok kihagyásában, helyettesítésében nyilvánulnak meg. Ez a jelenség nagyon gyakran megfigyelhető olyan kisgyermekeknél, akik éppen beszélni tanulnak. Kórosnak minősül, ha hat éves korig fennáll – ez az esetek körülbelül 4%-ában fordul elő. Ezt a rendellenességet nehéz megkülönböztetni a gyermekkori apraxiától és specifikus

beszédzavar. Közös genetikai alapja lehet a diszlexiának, mivel a legjelentősebb összefüggés a DYX5 régióban bekövetkezett változásokkal mutatható ki.

5. Dadogás - a szótagok akaratlan ismétlése és meghosszabbítása, szünetek, amelyek sértik a beszéd simaságát. Általában az életkorral megszűnik, de a betegek körülbelül 20%-a felnőttkorban is dadog. A beszéd szemantikai és nyelvtani jellemzői általában nem sérülnek. Kapcsolatot találtak három génnel, amelyek részt vesznek a lizoszóma enzimek tárgyfelismerésében: GNPTAB, GNPTG és NAGPA. Mindhárom gén az N-acentil-glükózamin-1-foszfotranszferáz enzim alegységeit kódolja, amely a mannózt tartalmazó oligoszacharidok „megjelöléséhez”, majd a lizoszómák általi felismeréséhez szükséges. Ezek a gének a dadogásnál súlyosabb betegséghez is társulhatnak – a 2. és 3. típusú mucolipidosishoz.

Ismert egy MCPH és ASPM gének komplexuma is, amelyek defektusai mikrokefáliához vezetnek. Az ilyen betegeknél a nyelvi fejlődés nem haladja meg a hatéves gyermek szintjét. Ugyanakkor alapvető nyelvi készségeik vannak, ami ismét az agy belső szerkezetének fontosságához vezet, nem pedig a méretéhez. Az MCPH a mikrocefalin fehérjét kódolja, amely részt vesz a sejtciklus megszervezésében és az osztódás előtti DNS-javításban. Az ASPM termék az osztóorsók felépítéséhez szükséges, és biztosítja a kapott cellák szimmetriáját. Érdekes módon ezeknek a géneknek a hibás változatai ritkák Afrikában, ahol gyakoriak a tonális nyelvek, és gyakran (akár 30%) Európában, ahol ez a nyelvtípus nem.

Hogy van az, hogy mi, emberek tudunk beszélni, és meglehetősen közeli rokonaink, a csimpánzok nem? Amerikai szakértők nagyszabású tanulmányt készítettek, amelynek során megpróbálták kitalálni, mi lett belőle az igazi ok ilyen kritikus különbség. Ennyire fontos az agy fejlődése az évek során, vagy a génjeink felelősek mindenért?

Az emberek közötti verbális kommunikációt az ember egyik fő megkülönböztető jegyének tekintik, amely elválasztja őt az állatvilág többi részétől. Legyen ez a határ feltételes, és az állatoknak továbbra is megvannak a beszéd bizonyos megnyilvánulásai (valamint a tudatosságuk, a beszélt és hallható hangok észlelése). De az vitathatatlan tény, hogy nem érik el az ember szintjét.

Mi az egyediség Homo sapiens, úgy döntött, hogy a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetemen (UCLA) és az Emory-i Egyetemen (Emory Egyetemen) tájékozódik bizonyos genetikáról. Azt sugallták, hogy a génjeink „hibásak”. A tudósok azonban természetesen messze voltak az elsőktől, de ez a szakértői csoport először végzett ilyen kiterjedt vizsgálatot az emberi beszéd megjelenésének genetikai alapjáról.

Régóta ismert, hogy az emberi beszéd helyes fejlődéséért felelős központi gén a FOXP2. Ez a gén egy azonos nevű fehérjét kódol, aminek köszönhetően a FOXP2 képes irányítani más gének munkáját.

Korábbi kutatások kimutatták, hogy ha ez a gén inaktiválódik, az embereknél súlyos problémák lépnek fel a beszéddel (fázisok kialakításával) és a hangok kiejtésével.

A FOXP2 azonban bizonyos állatokban (madarakban, hüllőkben és még halakban is) is jelen van. Logikusan kiderül, hogy nem ő a felelős a beszéd megjelenéséért egy személyben. Egyes tudományos csoportok más "beszédgéneket" kezdtek keresni, mások folytatták a FOXP2 munkájának részletes tanulmányozását.

További kutatások kimutatták, hogy a FOXP2 szinte változatlan maradt az emlősök evolúciója során (az ember és a csimpánz elválasztásáig). Körülbelül 200 ezer évvel ezelőtt azonban a gén elkezdte megszerezni "emberi" tulajdonságait.

Ez utóbbit német tudósok egy csoportja hozta létre 2002-ben. A biológusok ezután felfedezték, hogy a csimpánzoknál a gén változata által kódolt fehérjék némileg eltérnek az emberétől. Ez azt jelentheti, hogy a FOXP2 másként működik az emberekben. Innen ered az egyedi nyelvi képességek.

A folyamatban lévő folyamatok megértése felé újabb lépést tettek idén a Max Planck Evolúciós Antropológiai Intézet (Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie) genetikusai. Beépítették a gén emberi változatát az egér DNS-ébe.

Persze a rágcsálók emiatt nem úgy beszéltek, mint egy ember: végül is a beszédkészség összetett készség. De az akkor végzett vizsgálatok azt mutatták, hogy az állatok hangkimondása megváltozott. Ezen túlmenően az egerek agyának régióiban (azokban, amelyek az emberek beszédéhez kapcsolódnak) a neuronok megváltoztatták szerkezetüket és aktivitásukat. És ez már valami!

Egy részletesebb tanulmányt Genevieve Konopka és Daniel Geschwind, a Los Angeles-i Kaliforniai Egyetem kutatói által vezetett tudóscsoport készített. A biológusok olyan agysejtkolóniákat növesztettek Petri-csészékben, amelyekből hiányzik a FOXP2 gén.

Ezután a sejtek egyik részét a gén emberi változatával vezették be, a másodikat pedig a csimpánzból. Ezt követően a szakemberek nyomon követték a gének kifejeződését, a DNS-információk a sejt működő fehérjéivé történő fordításának folyamatát, és regisztrálták, hogy mely gének és hogyan tükröződnek ezek a változások.

A Nature folyóiratban megjelent cikkükben a tudósok azt írják, hogy a FOXP2-nek alávetett több száz gén közül 116-ot sikerült elkülöníteniük, amelyek másképpen reagáltak az emberi változat aktiválására, mint a majmoktól vett génre. „Miután meghatároztuk ennek a csoportnak az összetételét, olyan eszközöket kaptunk a kezünkbe, amelyek lehetővé teszik a befolyásolást emberi beszéd molekuláris szinten" - mondja Konopka.

Ez a géngyűjtemény valószínűleg részt vesz a beszéd és a nyelv evolúciójában is, mivel számos összetevője szabályozza az agy fejlődését, vagy kognitív képességekkel függ össze. A gének egy része meghatározza az arc és a gége szöveteinek megjelenését és mozgását (amelyek köztudottan aktívan részt vesznek az artikulációban).

Geschwind e 116 gén evolúciójáról végzett előzetes tanulmányai kimutatták, hogy nagyjából azonos előzményekkel rendelkeznek. „Talán együtt változtak, mintha egy kötegben lennének” – érvel a tudós.

Daniel azt is megjegyzi, hogy a FOXP2 bizonyítottan fontossága ellenére nem nevezné „beszédgénnek”. Lehet, hogy a FOXP2 csak egy bizonyos csoport része, vagy nem az első láncszem (a munkáját is valamilyen eddig ismeretlen anyag irányítja) – magyarázza a biológus.

Geschwind okkal mondja ezt. Csoportja egy második kísérletet is végzett: összehasonlították a génaktivációt felnőtt ember és csimpánz agyszövetében. Kiderült, hogy átfedés van azoknak a géneknek a munkájában, amelyek aktivitása eltér az emberi agyban, és azok között, amelyeket a FOXP2 emberi változata eltérően vezérelt.

Még túl korai következtetéseket levonni, de valószínű, hogy a legtöbb eltérés az agyban van Homo sapiens a csimpánz pedig (a nyelvi vonal mentén) csak egy gén két apró változásának köszönhető. "Ha ez igaz, az hihetetlen lenne" - mondja Wolfgang Enard, a Max Planck Evolúciós Antropológiai Intézet munkatársa. (Önmagunkban hozzátesszük, hogy ez ismét hangsúlyozza a képességek zökkenőmentes átmenetét a csimpánzról az emberre.)

„Ez a munka minden jövő kiindulópontja, alapja molekuláris kutatás a nyelv evolúciójának tanulmányozása iránt elkötelezett” – teszi hozzá Paško Rakić, a Yale idegkutatója.

Kommentálta a jelenlegi munkát és Faraneh Vargha-Khadem (Faraneh Vargha-Khadem) professzor a University College Londonból. Betegek genetikai rendellenességei (és különösen a FOXP2 aktivitása) miatti beszédzavaraival foglalkozik.

A professzor egyetért a jelenlegi tudományos csoport következtetéseivel, és megjegyzi, hogy páciensei gyakran ívelt alakot mutatnak az arc alsó részén (ami ismét megerősíti, hogy a FOXP2 hatása sokrétű). Talán a csimpánzok nem tudnak beszélni ugyanazon testi fogyatékosság miatt. Az ember nem tudna táncolni, ha nem lenne lába, hasonlítja össze Vargha-Khadem.

Igen, egyik kistestvérünk sem tud ilyen értelmesen és teljes mértékben kommunikálni, beleértve a hozzánk oly közel álló csimpánzokat, de ugyanakkor például a lovak használnak valamilyen szavakat, a majmok értik a nyelvtant és megkülönböztetik a hangokat, a szurikáták pedig - a rokonok intonációi . Talán szavakba foglalnák gondolataikat, de nincsenek meg a megfelelő genetikai előfeltételeik.

Faraneh támogatja Danielt az emberi beszédfejlődés integrált megközelítésének kérdésében is. Nem szabad csak egy génre és annak sok osztályára koncentrálni – mondja.

Ezenkívül Vargha-Khadem azt sugallja, hogy a FOXP2 csak fizikai képességet adott az embernek a beszédre, de ez nem magyarázza meg, hogy az absztrakt ötletek hogyan valósultak meg az ókorban. emberi agy szavakba, hogyan jelentek meg a magasabb kognitív képességek. És ezzel még foglalkozni kell.

A tudósoknak azonban még nagyon sokáig kell dolgozniuk a kiejtéssel. Végül is, ha belegondolunk, „a kiejtésért felelős izmok mozgása is egy kis csoda” – mondja Vargha-Khadem. Ahhoz, hogy a hangsorokat úgy reprodukálhassuk, hogy azok érthetőek legyenek a hallgató számára, egy nagyon hosszú fejlődési utat is meg kell tenni.

Emberben eddig nem találtak különleges, hihetetlen előnyöket. Talán néhány állat már halad ezen az úton, fokozatosan és észrevétlenül utolérik az embereket?

A beszéd olyan agyi funkció, amely csak az emberre jellemző. De vajon a neandervölgyiek birtokolták? A beszédgén fehérjetermékének aminosav-szekvenciájának legújabb "leolvasásai" arra utalnak, hogy a Rajna mellékfolyójának, a Neander folyó völgyének lakóinak legalábbis nem volt fejlett beszéde.

Az egész több mint 10 éve kezdődött, amikor Angliában leírták a KE családot, amelynek képviselői három generációja szenved a szó általánosabb értelmében vett beszéd- és nyelvi zavaroktól. Nemcsak azt mondták, hogy "Koikogo Street", hanem a szavak sorrendjét is megváltoztatták egy mondatban, ami angolul egyszerűen elfogadhatatlan. Ugyanakkor az intelligenciaszintjük összességében nem szenvedett különösebben.

A családtagokon végzett kromoszómavizsgálatok lehetővé tették annak a zónának az azonosítását, amelyben a hibás gén feltételezhetően található. A KE családot először ismertető kutató egy 5 éves, hasonló beszédhibás fiút is leírt. A kromoszómaelemzés az 5. kromoszóma egy részének a 7. kromoszóma szakaszának transzlokációját (azaz "ugrását") tárta fel, aminek következtében az egyik gén egyszerűen "félbetört".

A gént "Speech"-nek nevezték el, ami angolul "beszédet" jelent. Egy fehérjét kódol, amely a génaktivitás fontos szabályozója. A gén károsodása a fehérje elsődleges szerkezetében az arginin hisztidinre történő pontcseréjéhez vezet.

újságcikk Természet A beszédgén leírásának szentelt 2001 októberében jelent meg. 2002 augusztusának közepén pedig a folyóirat ismét ehhez a témához fordult S. Paabo, a Lipcsei Evolúciós Antropológiai Intézet munkatársának cikkével.

Egy időben Paabo a múmia DNS izolálásáról és szekvenálásáról vált híressé. Ezúttal emberszabású majmokban, emberekben és rhesusmajmokban szekvenálta a beszédgénfehérjéket. A majmok és a makákók ősei körülbelül 70 millió évvel ezelőtt váltak el egymástól. Matematikai elemzés aminosav szekvenciák kimutatták, hogy a beszédgén emberi változatát 120 ezer évvel ezelőtt rögzítették, és nem korábban, mint 200 ezer évvel ezelőtt.

Milyen előnyei voltak a gén emberi formájának? Lehetséges, hogy a beszédkommunikáció, mint a leginformációigényesebb és minimális energiát igénylő fejlesztése lett az az előny, amely lehetővé tette. modern ember„megbirkózni” neandervölgyi testvéreikkel.

Anyagok alapján

Természet, 2001, No. 6855, p. 519
Tudomány, 2002, No. 5540, p. 32; No. 5584, p. 1105

Annak ellenére, hogy a laboratóriumi egerek különféle trükkökre képesek, a tudósok még mindig igyekeznek bővíteni kórtermeik trükkjei arzenálját. Szuperálló, szupererős, szupergyors, szuperrezisztens vagy éppen ellenkezőleg, szuperfogékony a legveszélyesebb betegségekre - a tudósok akarata által genetikailag megszerzett képességek listája nem korlátozódik erre.

Wolfgang Enard, a lipcsei Max Planck Evolúciós Antropológiai Intézet munkatársa és munkatársai azt a szinte lehetetlen feladatot tűzték ki maguk elé, hogy megtanítsák beszélni az egereket.

Nos, vagy legalábbis a Foxp2 beszédgén emberi változatát ültetjük át egerekbe.

Az egerekben és más állatokban, köztük a főemlősökben is megtalálható ez a gén, pontosabban a Foxp2 transzkripciós faktort kódoló DNS-szekvencia, de ez egy-két pontmutációban különbözik az emberétől. Úgy gondolják, hogy ezek a mutációk egyedülálló képességet adtak az embernek a beszédre és a beszéd megkülönböztetésére. Ennek a mutációnak a korára vonatkozó becslések szerint a tudósok nem értenek egyet - 100-500 ezer év. A Foxp2 korának és fejlődésének kérdése szinte a fő témává vált a beszélgetésben nemrég dekódolt neandervölgyi genom.

Ennek a transzkripciós faktornak a hatásai azonban továbbra is tisztázatlanok. Nyilvánvaló, hogy egy ilyen összetett folyamatot, mint a beszéd, egyetlen gén nem képes biztosítani, a légutak és a hangszalagok megfelelő szerkezetére van szükség. Ezenkívül az agynak és a hallószervnek képesnek kell lennie arra, hogy ezt a beszédet érzékelje és megkülönböztesse. A Foxp2 a legalkalmasabb a "szabályozó" szerepére - elvégre ez egy transzkripciós faktor, amely a legkülönfélébb gének munkáját szabályozza (melyek nem teljesen ismertek). Vagyis a Foxp2 gén egyetlen mutációja elegendő ahhoz, hogy egyszerre több szövetben megváltozzon a szerkezet, a tulajdonságok és a funkciók – legyen szó idegrendszerről vagy légzőrendszerről.

A Foxp2 viszonylag nemrég vált "beszédgénné": a múlt század végén derült ki, hogy mutációi a beszédészlelés veleszületett hibáinak okai.

De a hatásmechanizmus, valamint ennek a tényezőnek minden funkciója a mai napig ismeretlen maradt. A jövőre nézve Enard munkája sok kérdést hagyott fel, annak ellenére, hogy a tudósok le tudták írni a Foxp2 emberi változatának egerekre gyakorolt ​​hatásait. Szerzői kiadványok a Cellben, amely az intézetekkel együtt a cikk teljes első oldalát elfoglalta, két kérdésre próbált egyszerre választ adni: mi a Foxp2 szerepe általában, és mi a különbség az emberi és egér Foxp2 hatásai között. .

Ehhez először ehhez a génhez - Foxp2 wt / ko (vad típusú / knockout) - heterozigóta egereket kellett tenyészteni, vagyis ennek a génnek az egyik változata "vad" volt - egér, a második pedig teljesen kikapcsolt. Ezen a csoporton kívül a tudósok Foxp2 hum/hum (humán) egereket is szereztek, amelyekben mindkét pozícióban a gén humán változata volt. Ezt követően Enard és munkatársai, köztük a neandervölgyi genom „főspecialistája”, Svante Peebo, csaknem háromszáz fiziológiai kritérium alapján értékelték az egereket.

A "humanizált" egerek soha nem tanultak meg beszélni, sőt kevesebb volt a dopaminszekréciójuk és kisebb volt a felfedezői lelkesedésük, de mennyiségileg eltérő ultrahangokat produkáltak.

A gén egy példányának hiánya teljesen ellentétes hatáshoz vezetett, ami ismét bizonyítja a Foxp2 humán változatának szerepét az összes megfigyelt jelenségben. Ezen eltérések oka a telencephalon bazális magjaiban keresendő. Itt történik a kéregből érkező jelek átirányítása. féltekék az izmokhoz, és sok reflex itt „bezárul”. Az új tárgyak keresésének és tanulmányozásának aktivitásának csökkenését a dopamin alacsony szintje magyarázza, amely az öröm közvetítője, amely serkenti az ilyen viselkedést.

Ami a vita fő témáját - a beszédre gyakorolt ​​hatást illeti, itt a legtöbb eltérés jelentéktelennek bizonyult, bár a szerzők találtak egy kis különbséget:

"humanizált" egerek nagyobb valószínűséggel bocsátottak ki többet egyéni hangokés ehhez az alacsonyabb csúcsfrekvenciákhoz használják az egyik gén kiütési frekvenciáihoz képest.

Ez azonban csak egy adott emberi verzió szerepét mutatja, és nem a Foxp2 egészét.

Úgy tűnik, a Foxp2-nek van a legnagyobb hatása a beszéd- és hangfelismerésre, valamint a beszéd központi szabályozására. A legérdekesebb dolog, az egerek, amelyek életük során nem tanultak meg beszélni, a boncolás után elmondták a tudósoknak:

"humanizált" egerekben a rövid folyamatok átlagos hossza idegsejtek- dendritek - 22%-kal többnek bizonyult.

Elősegíti az oktatást több kapcsolatok a sejtek között, és így több eredményes munka idegrendszerés különösen a halláselemző.

Enard tehát ismét megerősítette azt a tényt, hogy egy ilyen tökéletes csoporton belül, mint az állatok, az evolúció elsősorban a transzkripciós faktoroknak köszönhető, nem pedig a szó szokásos értelmében vett géneknek. Továbbra is meg kell keresni a Foxp2-t a papagájokban, és a szerepének kérdése végre megoldódik.

A beszédgén segít a tanulás egyik szakaszából, amelyben a feladat megértése és megértése megtörténik, egy másikba, amikor a kívánt készség elsajátításra kerül, az automatikus állapotba.

A beszédképességet egy speciális neurális apparátus munkája biztosítja, a neurális hálózatok felépítése pedig a génektől függ, így teljesen helyes lenne azt feltételezni, hogy speciális „beszédgénjeink” vannak. 2001-ig azonban a tudósok szinte semmit sem tudtak arról, hogy mely gének befolyásolják a beszédet. A helyzet egy olyan család vizsgálata után változott meg, amelynek tagjai beszédhibákkal küzdöttek, és nem csak a kiejtéssel, hanem a szintaxissal és valaki más beszédének megértésével is gondjaik voltak. Kiderült, hogy ebben a családban a gén mutált FOXP2, aki azonnal "sztár" lett a tudományos világban.

Beszédképességünk a beszédgén számos mutációjának köszönhető. (Fotó: H. ARMSTRONG ROBERTS / Corbis).

Striatum az emberi agyban. (Fotó Wikipédia).

Hamar kiderült, hogy nem csak a beszéd érthetőségéért felelős: úgy tűnik, az ember általában a beszéd segítségével tanult meg beszélni. FOXP2. Természetesen a csimpánzokban is megtalálható volt, de náluk a DNS-ben két nukleotid „betűvel” különbözött az emberitől; valószínű, hogy a mutációk segítettek az állati hangokat erősen strukturált beszéddé alakítani. 2009-ben egy különös kísérletet hajtottak végre: az embert FOXP2 bekerültek az egerek genomjába, ami után az utóbbiak természetesen nem kezdtek emberi hangon beszélni, de az általuk kiadott hangok érezhetően bonyolultabbá váltak. További vizsgálatok kimutatták, hogy az egerek a emberi genom beszéd megváltozott a striatumban (vagy striatumban) lévő neuronok aktivitása, amely többek között a tanulási folyamatokban vesz részt. Sőt, még a hírhedt női beszédességet is ehhez a génhez kapcsolták – miután kiderült, hogy a fehérjeszint FOXP2 a lányok közel harmadával magasabbak, mint a fiúk. Azonban annak részletei, hogy ez a gén hogyan segít nekünk a nyelvtanulásban, nagyrészt tisztázatlanok maradtak.

Mi és az állatok két szakaszban tanulunk. A feladat eleinte több lépésre oszlik, amelyeket fokozatosan tanulunk meg végrehajtani. Például kerékpározásnál felvesszük a kormányt (és próbáljuk vízszintesen tartani), majd rátesszük a lábunkat a pedálokra, majd elkezdjük forgatni azokat. Eleinte ez a cselekvéssor megköveteli a teljes koncentrációnkat, de idővel elkezdődik a tanulás "tudatlan" része, amikor megtanulunk egyre jobban vezetni, pusztán az összes fenti cselekvés megismétlésével. Ugyanez történik a nyelvtanulással is: először a kiejtésre és a jelentésre koncentrálunk egyes szavak, akkor a beszéd egyre gördülékenyebbé válik, és a végén a gépen „jó napot” mondhatunk, anélkül, hogy azon gondolkodnánk, hogyan és mit mondunk.

Az (USA) kutatói úgy döntöttek, hogy kiderítik, hogy a tanulás melyik szakaszában van szükség beszédgénre FOXP2. A kísérletben normál egereknek és emberi gént tartalmazó egereknek kellett átjutniuk egy labirintuson, hogy csemegét kapjanak. A „humanizált” állatok hamarabb megértették, hogy melyik útvonalon jutnak el gyorsabban az élelemhez, azonban amikor a labirintus úgy volt megszervezve, hogy a tanulás szakaszait el lehessen választani és egymástól elkülönítve figyelni lehessen, nem volt különbség az egerek között.

Aztán felmerült az a hipotézis, hogy a beszédgén segít a tanulás különböző fázisai között váltani. A Proceedings of the National Academy of Sciences folyóiratban megjelent cikkben leírt további kísérletek megerősítették ezt a feltételezést: a lépésről lépésre elsajátított feladatszakaszban elsajátított egerek gyorsabban váltottak át az ismétléstanulási fázisra, ha emberi FOXP2-t bevittek a genomjukba. A hatás sejtszinten is megfigyelhető volt: a striatumban különböző zónák felelősek a tanulás különböző szakaszaiért, és az, amelyik az ismétléssel történő tanulásért volt felelős, az egerekben az emberi génnel hatékonyabban aktiválódott.

Vagyis azt mondhatjuk, hogy a gén emberi változata FOXP2(amelyről úgy gondolják, hogy körülbelül 200 ezer éve keletkezett) felfedték őseinknek, hogy ismétléssel tanulnak - az ember nem csak kimondott egy szót és megértette a jelentését, de ennek a szónak a reprodukálása is automatikussá vált. A kollektívában megnövekedett kommunikációs lehetőségek segítették az elkülönült egyének túlélését, így egy új verzió génnek evolúciós előnye van. Nem valószínű azonban, hogy az emberek beszédfejlődése csak egy gén „akaratából” következett be. Nyilvánvalóan egy egész genetikai hálózat érintett itt, amelyben FOXP2 csak egy a linkek közül. Így hát egy évvel ezelőtt a Johns Hopkins Egyetem Orvostudományi Karának (USA) kutatói publikáltak egy cikket, amelyben leírták, hogy FOXP2 gén SRPX2, amely szabályozza az interneuronális kapcsolatok dinamikáját az agy beszédközpontjában. Azt is meg kell jegyezni, hogy a leírt kísérletekben a gén FOXP2 az egerek tanulási képességét általában értékelték, így valószínű, hogy ez a gén emberben nem csak a beszédképességekkel állhat összefüggésben.