Er isolierte DNA aus ägyptischen Mumien. Er entdeckte die Denisovans, eine ausgestorbene Spezies des alten Menschen, indem er DNA aus einem winzigen Stück Knochen sequenzierte. Er leitete eine große Studie zur Rekonstruktion des Neandertaler-Genoms - und fand Spuren ihrer Gene, die in einigen von uns heute noch lauern. Jetzt will der schwedische Genetiker Dr. Svante Paabo die Paläontologie noch einmal auf den Kopf stellen - diesmal plant er, Neandertaler-Stammzellen in winzigen Gehirnorganoiden in einem Reagenzglas zu züchten.
Er plant nicht, das Neandertaler-Gehirn in einem Bottich vollständig wiederherzustellen, sondern möchte mithilfe der Gen-Bearbeitung menschlichen Stammzellen verschiedene Varianten von Genen geben, die in Neandertalern vorkommen. Diese bearbeiteten Stammzellen werden dann in kleine Gehirnzellen eingebracht, die die Entwicklung des fetalen Gehirns nachahmen, einschließlich ihrer eigenen Blutgefäße, neuronalen Netze und funktionierenden Synapsen.
Durch den Vergleich des Wachstums nichtandertalisierter Mini-Gehirne mit dem eines Menschen hofft Paabo, die genetischen Faktoren hervorzuheben, die uns so besonders machen.
„Die Neandertaler waren intelligent wie andere Säugetiere. Sie sind nicht ins Meer hinausgegangen, es sei denn, sie haben das andere Ufer gesehen “, sagt Paabo. "Aber für mich ist die größte Frage in der Geschichte der Menschheit: Warum sind wir so verzweifelt geworden?"
DNA-Revolution
Paläontologen haben sich lange gefragt, wie die Evolution unser erstaunliches Gehirn geblendet hat. Durch den Vergleich unserer Genetik mit der unserer engsten Affen-Cousins haben Genetiker eine Handvoll kritisch unterschiedlicher Gene sorgfältig isoliert. Zum Beispiel scheinen kleine Mutationen in FOXP2 unserer Fähigkeit zu zugrunde zu liegen, komplexe Phoneme und Wörter zu bilden. Einige glauben sogar, dass FOXP2 ein wichtiger biologischer Vorteil ist, den uns unsere reiche, reiche Sprache bietet.
Leider kann der Vergleich von Genomen nur Gene aufdecken, die sich zwischen Menschen und Affen unterscheiden - aber wie diese Gene unsere Gehirnentwicklung beeinflusst haben, bleibt unbeantwortet.
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„In der Vergangenheit haben wir uns nur darauf beschränkt, Sequenzierungsdaten zu untersuchen und Unterschiede bei anderen Primaten zu katalogisieren“, beklagt der Neurogenetiker Simon Fischer, der das Max-Planck-Institut für Psycholinguistik in Nimwegen, Niederlande, leitet. "Wir waren ein wenig enttäuscht, nachdem wir so viele Jahre mit traditionellen Instrumenten gearbeitet hatten."
Dank der erstaunlichen DNA-Technologie wird sich jetzt alles ändern.
Vor ungefähr dreißig Jahren begann Paabo ernsthaft über eine radikale Idee nachzudenken: Kann DNA aus totem Gewebe extrahiert werden? Obwohl DNA im Vergleich zu anderen Biomolekülen wie Proteinen relativ stabil ist, beginnt sie nach dem Tod schnell zu zerfallen. Die berühmte Doppelhelix, die von Natur aus sorgfältig zu kompakten Strukturen zusammengerollt wurde, zerfällt im Laufe der Zeit in immer kürzere Fragmente. Das Zurücksetzen dieser Fragmente in kohärente Strukturen erweist sich als entmutigende Aufgabe, doch 1985 zeigte Paabo anhand der Überreste einer 2.400 Jahre alten Mumie überzeugend, dass dies möglich ist.
Diese Entdeckung öffnete die Türen der Paläontologie. Wissenschaftler sind nicht mehr an die traditionelle DNA moderner, lebender Arten gebunden. Sie haben jetzt ein mächtiges Werkzeug, um in die Vergangenheit zu reisen und die in der Geschichte verlorene DNA zu erforschen.
Von diesem anfänglichen Erfolg geblendet, wandte sich Paabo den Neandertalern zu, einem mysteriösen Zweig von Menschen, der vor mehr als 30.000 Jahren ausgestorben war. 2016 veröffentlichte er das erste vollständige Neandertaler-Genom, was Wissenschaftler und die Öffentlichkeit mit einem faszinierenden Ergebnis schockierte: 1 bis 6 Prozent der Neandertaler-Gene waren in Menschen aus Europa, dem Nahen Osten und dem Fernen Osten vorhanden. Mit anderen Worten, irgendwann in der alten Geschichte tanzten unsere Vorfahren mit ihren Neandertaler-Cousins horizontalen Tango, und wir sind ein direktes Erbe dieser Tänze.
„Neandertaler haben die DNA der heute lebenden Menschen geprägt. Das ist sehr cool. Die Neandertaler waren nicht vollständig ausgestorben “, sagte Paabo damals.
Seine Entdeckung führte zu einer umfassenderen Frage: Inwieweit sind Neandertaler mit uns verwandt? Wie moderne Menschen lebten diese Hominiden mit breitem Kiefer und einem markanten Stirnbein in Höhlen und malten an Wänden, schufen Hüte und schmückten ihre Körper mit Blumen, lange bevor moderne Menschen Europa betraten. Sie starben jedoch aus, und die Zahl der Menschen erreichte eine Milliarde und war auf der ganzen Welt verstreut.
Durch den Vergleich unserer Genome identifizierte Paabos Team mehrere Regionen mit DNA-Variationen - Veränderungen, die dem Menschen helfen könnten, sich anzupassen. Darunter befinden sich genomische Regionen, die eine Rolle bei der kognitiven Entwicklung spielen.
Während unsere völlig unterschiedlichen Schicksale möglicherweise nicht vollständig mit Unterschieden in der Erkenntnis zusammenhängen, hält Paabo dies für einen guten Ausgangspunkt. Und dank der Organellen des Gehirns kann er jetzt seine Idee testen.
Gehirnbälle
Gehirnorganoide werden unterschiedlich genannt: Gehirnkugeln, Mini-Gehirne, Gehirnorganellen. Diese bizarren Kugeln oder Hirntropfen wurden 2013 erstmals erfunden und sehen ziemlich gruselig aus. Da ihr Wachstum jedoch die Entwicklung des menschlichen embryonalen Gehirns widerspiegelt, wurden diese Kugeln schnell zu einem Lieblingsspielzeug für Neurowissenschaftler.
Es gibt viele verschiedene Rezepte zur Herstellung von Gehirnorganellen, aber sie werden normalerweise aus menschlichen Stammzellen hergestellt. Unter strenger Aufsicht entwickeln sich Zellen unter Verwendung einer chemischen Suppe langsam zu deformierten Hirngewebestücken. Ähnlich wie beim echten menschlichen Gehirn enthalten die meisten Tropfen eine ähnliche Struktur wie die Großhirnrinde, die faltige äußere Schicht des Gehirns, die übergeordnete kognitive Funktionen wie Aufmerksamkeit, Sprache und Denken organisiert.
Nach einer ausreichenden Zeit sind die Neuronen in den Gehirnkugeln mit elektrischer Aktivität gefüllt und verbinden sich mit neuronalen Netzen, wobei sich einige Verbindungen über das gesamte Organoid erstrecken. Diese Hirntropfen sind keine „Mini-Gehirne“in dem Sinne, dass sie denken oder fühlen können, nein. Eine sorgfältige Analyse ihrer Zellzusammensetzung und Genexpression ergab jedoch eine Reihe funktioneller neuronaler Typen, deren kombinierte Arbeit dem Gehirn eines Embryos im zweiten Trimester ähnelt.
Mit anderen Worten, Gehirnbälle sind ideale Kandidaten für das Studium der Gehirnentwicklung. Seit ihrer Gründung wurden sie verwendet, um Autismus und Schizophrenie nachzuahmen und die Auswirkungen des Zika-Virus auf das fetale Gehirn zu untersuchen.
Und jetzt finden sie dank Paabo Anwendungen in der Paläontologie.
Wiederbelebung der Neandertaler
Um das gesamte Neandertaler-Genom wiederherzustellen, müssten Wissenschaftler eine Million Gene verändern. Dieses ehrgeizige Ziel ist derzeit selbst mit hoch entwickelten Genom-Editing-Tools wie CRISPR nicht möglich.
Anstatt alle Neandertaler-Varianten grob in menschliche Stammzellen umzuwandeln, verfolgt Paabo einen subtileren Ansatz: Er führt nur drei Schlüsselgene ein, die sich zwischen Menschen und Neandertalern unterscheiden, und verfolgt dann die Auswirkungen dieser Gene auf die Gehirnentwicklung.
Dies ist eine bewährte Methode.
In Zusammenarbeit mit Wieland Hattner, Neurowissenschaftler am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik, züchtete das Team vor einigen Jahren Gehirnorganellen mit Leukozyten von Menschen und anderen Primaten. Die Hirntropfen haben sich über mehrere Wochen entwickelt, sodass Wissenschaftler vergleichen und gegenüberstellen können, wie sich das Zellwachstum zwischen den Arten unterscheidet. Mithilfe der Live-Mikroskopie haben Wissenschaftler herausgefunden, dass menschliche Zellen eineinhalb Mal länger als Affen werden, um ihre Chromosomen auszurichten, bevor sie sich in Tochterzellen teilen. Und diese Verlängerung hilft dem Menschen irgendwie, viel mehr neurale Stammzellen zu erzeugen als unsere engsten Primatenverwandten.
Paabo hofft, mehr von diesen auffälligen Unterschieden im Neandertaler-Mini-Gehirn zu finden, da sie erklären könnten, warum moderne Menschen als Spezies erobert haben.
"Das beste Ergebnis wäre, dass die genetischen Veränderungen zu einem längeren oder stärker verzweigten neuronalen Wachstum führen", sagt er. "Man könnte sagen, dass dies die biologische Grundlage dafür ist, warum unser Gehirn anders funktioniert."
Dies ist schließlich erst der Beginn des Studiums der menschlichen Einzigartigkeit, das erst jetzt möglich geworden ist.
Ilya Khel
