Han isolerte DNA fra egyptiske mumier. Han oppdaget Denisovans, en utdødd art av eldgamle mann, ved å sekvensere DNA fra et lite bein. Han ledet en stor studie for å rekonstruere det neandertaler genomet - og fant spor av genene deres som fortsatt lurer i noen av oss i dag. Nå ønsker den svenske genetikeren Dr. Svante Paabo å snu paleontologien opp ned igjen - denne gangen planlegger han å dyrke neandertaler stamceller i ørsmå organer i hjernen i et reagensglass.
Han planlegger ikke å gjenopprette den neandertaler hjernen i en kar - han vil heller bruke genredigering for å gi menneskelige stamceller flere varianter av gener som finnes i neandertalerne. Disse redigerte stamcellene blir deretter plassert i små hjerneceller som etterligner fosterets hjerneutvikling, komplett med sine egne blodkar, nevrale nettverk og fungerende synapser.
Ved å sammenligne veksten av ikke-mineraliserte mini-hjerner med den til et menneske, håper Paabo å synliggjøre de genetiske faktorene som gjør oss så spesielle.
”Neandertalerne var intelligente som andre pattedyr. De gikk ikke ut i havet med mindre de så den andre kysten, sier Paabo. "Men for meg er det største spørsmålet i menneskehetens historie: hvorfor har vi blitt så desperate?"
DNA-revolusjon
Paleontologer har lenge lurt på hvordan evolusjonen har blindet våre fantastiske hjerner. Ved å sammenligne genetikken vår med vår nærmeste ape-fetter, har genetikere møysommelig isolert en håndfull kritisk forskjellige gener. For eksempel ser ut til at små mutasjoner i FOXP2 ligger til grunn for vår evne til å danne komplekse fonemer og ord. Noen mener til og med at FOXP2 er en viktig biologisk fordel som vårt rike, rike språk gir oss.
Dessverre kan sammenligning av genom bare avsløre gener som skiller seg mellom mennesker og aper - men hvordan disse genene formet hjerneutviklingen vår forblir ubesvart.
Salgsfremmende video:
"I det siste begrenset vi oss bare til å se på sekvensering av data og katalogisering av forskjeller i andre primater," beklager nevrogenetikeren Simon Fischer, som driver Max Planck Institute for Psycholinguistics i Nijmegen, Nederland. "Vi ble litt skuffet etter å ha jobbet med tradisjonelle instrumenter i så mange år."
Nå, takket være fantastisk DNA-teknologi, er alt i ferd med å endre seg.
For rundt tretti år siden begynte Paabo alvorlig å vurdere en radikal ide: kan DNA utvinnes fra dødt vev? Selv om DNA er relativt stabilt sammenlignet med andre biomolekyler som proteiner, begynner det å råtne raskt etter døden. Den berømte doble helixen, nøye kveilet av naturen til kompakte strukturer, bryter inn i kortere og kortere fragmenter over tid. Å sette disse fragmentene tilbake i sammenhengende strukturer viser seg å være ekstremt vanskelig, men i 1985, ved å bruke restene av en 2.400 år gammel mumie, viste Paabo overbevisende at dette kunne gjøres.
Denne funnet oppdaget paleontologiens dører. Forskere er ikke lenger bundet av det tradisjonelle DNAet fra moderne, levende arter; de har nå et kraftig verktøy for å gå tilbake i tid og utforske DNA som er tapt i historien.
Blindet av denne innledende suksessen, vendte Paabo seg til neandertalerne, en mystisk gren av mennesker som ble utdødd for mer enn 30 000 år siden. I 2016 publiserte han det første komplette neandertal-genomet, sjokkerende forskere og publikum med et spennende resultat: 1 til 6 prosent av neandertalergenene var til stede i mennesker fra Europa, Midt-Østen og Fjernøsten. Med andre ord, på et tidspunkt i eldgamle historie, danset våre forfedre horisontale tango med sine neandertaler fettere, og vi er en direkte arv fra disse dansene.
Neanderthaler har satt et preg på DNAet til mennesker som lever i dag. Det er veldig kult. Neandertalerne var ikke helt utryddet,”sa Paabo den gangen.
Oppdagelsen hans førte til et bredere spørsmål: I hvilken grad er neandertalerne knyttet til oss? I likhet med moderne mennesker, bodde disse kjeve hominidene med en fremtredende pinnebein i huler og malte på vegger, laget hatter og pyntet kroppene sine med blomster lenge før moderne mennesker satte foten i Europa. Imidlertid ble de utdødd, og folk nådde en milliard i antall og spredt rundt hele kloden.
Ved å sammenligne genomene våre identifiserte Paabos team flere regioner som inneholder DNA-variasjoner - endringer som kan hjelpe mennesker til å tilpasse seg. Blant dem er genomiske regioner som spiller en rolle i kognitiv utvikling.
Selv om våre vilt forskjellige skjebner kanskje ikke helt har sammenheng med forskjeller i erkjennelse, mener Paabo at dette er et bra sted å starte. Og takket være organellene i hjernen, kan han nå teste ideen sin.
Hjernekuler
Hjerneorganoider kalles annerledes: cerebral sfærer, mini-hjerner, cerebrale organeller. Først oppfunnet i 2013, disse bisarre ballene eller hjernedråpene ser ganske skumle ut. Men fordi veksten deres reflekterer utviklingen av den menneskelige embryonale hjernen, ble disse ballene raskt et yndet leketøy for nevrovitenskapsmenn.
Det er mange forskjellige oppskrifter for å lage hjerneorganeller, men de er vanligvis laget av menneskelige stamceller. Under nøye tilsyn utvikler celler seg sakte til deformerte deler av hjernevevet ved hjelp av en kjemisk suppe. I likhet med den virkelige menneskelige hjernen, inneholder de fleste dråper en struktur som ligner hjernebarken, det rynkete ytre laget av hjernen som organiserer kognitive funksjoner på høyere nivå som oppmerksomhet, språk og tanke.
Etter tilstrekkelig mye tid blir nerveceller i hjernebollene fylt med elektrisk aktivitet og kobles til nevrale nettverk, med noen forbindelser som strekker seg gjennom hele organoidet. Disse hjernedråpene er ikke "mini-hjerner" i den forstand at de kan tenke eller føle, nei. Men en nøye analyse av deres cellulære sammensetning og genuttrykk avslørte et sett med funksjonelle nevrontyper, der det kombinerte arbeidet ligner hjernen til et andre trimesterembryo.
Hjernekuler er med andre ord ideelle kandidater for å studere hjerneutvikling. Siden oppstarten har de vært vant til å etterligne autisme, schizofreni og studere effekten av Zika-viruset på fosterhjerne.
Og nå, takket være Paabo, vil de finne bruksområder innen paleontologi.
Vekkelse av neandertalerne
For å gjenopprette hele neandertalgenomet, ville forskere måtte endre en million gener. Dette ambisiøse målet er foreløpig ikke mulig selv med sofistikerte redigeringsverktøy for genom som CRISPR.
I stedet for grovt å redigere alle neandertalervariantene i menneskelige stamceller, tar Paabo en mer subtil tilnærming: Han introduserer bare tre nøkkelgener som er forskjellige mellom mennesker og neandertaler, og sporer deretter effektene av disse genene på hjerneutviklingen.
Dette er en velprøvd metode.
For flere år siden, i samarbeid med Wieland Hattner, nevrovitenskapsmann ved Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics, vokste teamet hjerneorganeller ved hjelp av leukocytter fra mennesker og andre primater. Hjernedråpene har utviklet seg over flere uker, slik at forskere kan sammenligne og kontrastere hvordan celleveksten er forskjellig mellom arter. Ved å bruke levende mikroskopi har forskere funnet ut at menneskelige celler blir halvannen gang lengre enn aper for å samkjøre kromosomene sine før de deles i datterceller. Og denne forlengelsen hjelper mennesker på en eller annen måte til å generere mange flere nevrale stamceller enn våre nærmeste primat slektninger.
Paabo håper å finne flere av disse slående forskjellene i neandertaler mini-hjerner, ettersom de kan forklare hvorfor moderne mennesker har erobret som en art.
"Det beste resultatet vil være at de genetiske endringene fører til lengre eller mer forgrenet nevronvekst," sier han. "Du kan si at dette er det biologiske grunnlaget for hvorfor hjernen vår fungerer annerledes."
Tross alt er dette bare begynnelsen på studiet av menneskelig unikhet, som først har blitt mulig.
Ilya Khel
