Dia mengasingkan DNA dari mumia Mesir. Dia menemui Denisovans, spesies manusia purba yang sudah pupus, dengan mengurutkan DNA dari sekeping tulang kecil. Dia mengetuai kajian besar untuk membina semula genom Neanderthal - dan menemui jejak gen mereka yang masih bersembunyi di sebilangan kita hari ini. Kini ahli genetik Sweden, Dr. Svante Paabo ingin mengubah paleontologi kembali - kali ini dia merancang untuk menanam sel stem Neanderthal dalam organoid otak kecil dalam tabung uji.
Dia tidak merancang untuk memulihkan sepenuhnya otak Neanderthal dalam tong - sebaliknya, dia ingin menggunakan penyuntingan gen untuk memberikan sel induk manusia beberapa varian gen yang terdapat di Neanderthal. Sel induk yang diedit ini kemudian dimasukkan ke dalam sel otak kecil yang meniru perkembangan otak janin, lengkap dengan saluran darah mereka sendiri, rangkaian saraf, dan sinapsis yang berfungsi.
Dengan membandingkan pertumbuhan otak mini yang tidak diselaraskan dengan pertumbuhan manusia, Paabo berharap dapat mengetengahkan faktor genetik yang menjadikan kita begitu istimewa.
“Neanderthal pintar seperti mamalia lain. Mereka tidak keluar ke laut kecuali mereka melihat pantai yang lain,”kata Paabo. "Tetapi bagi saya persoalan terbesar dalam sejarah umat manusia adalah: mengapa kita menjadi sangat putus asa?"
Revolusi DNA
Ahli paleontologi telah lama bertanya-tanya bagaimana evolusi membutakan otak kita yang luar biasa. Dengan membandingkan genetik kita dengan sepupu kera terdekat kita, ahli genetik dengan gigih mengasingkan sebilangan gen yang berbeza. Sebagai contoh, mutasi kecil dalam FOXP2 sepertinya mendasari kemampuan kita untuk membentuk fonem dan perkataan yang kompleks. Malah ada yang percaya bahawa FOXP2 adalah faedah biologi utama yang diberikan oleh bahasa kita yang kaya dan kaya.
Malangnya, membandingkan genom hanya dapat mendedahkan gen yang berbeza antara manusia dan kera - tetapi bagaimana gen ini membentuk perkembangan otak kita tetap tidak terjawab.
Video promosi:
"Pada masa lalu, kami hanya membatasi diri untuk melihat penjujukan data dan pengkatalogan perbezaan pada primata lain," keluh Simon Fischer, ahli neurogenetik, yang menjalankan Institut Psikolinguistik Max Planck di Nijmegen, Belanda. "Kami sedikit kecewa setelah bekerja dengan alat tradisional selama bertahun-tahun."
Kini, berkat teknologi DNA yang menakjubkan, semuanya akan berubah.
Kira-kira tiga puluh tahun yang lalu, Paabo mulai serius mempertimbangkan ide radikal: dapatkah DNA diekstrak dari tisu mati? Walaupun DNA agak stabil berbanding dengan biomolekul lain seperti protein, ia mula cepat reput setelah mati. Heliks berganda yang terkenal, dililit dengan teliti oleh alam semula jadi menjadi struktur padat, pecah menjadi serpihan yang lebih pendek dan pendek dari masa ke masa. Memasang kembali serpihan ini ke dalam struktur yang koheren terbukti sangat sukar, tetapi pada tahun 1985, dengan menggunakan sisa-sisa mumia berusia 2.400 tahun, Paabo dengan meyakinkan menunjukkan bahawa ini dapat dilakukan.
Penemuan ini membuka pintu paleontologi. Para saintis tidak lagi terikat dengan DNA tradisional spesies hidup moden; mereka kini mempunyai alat yang kuat untuk kembali ke masa lalu dan meneroka DNA yang hilang dalam sejarah.
Dibutakan oleh kejayaan awal ini, Paabo beralih ke Neanderthal, cabang misteri manusia yang pupus lebih dari 30,000 tahun yang lalu. Pada tahun 2016, dia menerbitkan genom Neanderthal pertama yang lengkap, yang mengejutkan para saintis dan orang ramai dengan hasil yang menarik: 1 hingga 6 peratus gen Neanderthal terdapat pada orang-orang dari Eropah, Timur Tengah dan Timur Jauh. Dengan kata lain, pada suatu ketika dalam sejarah kuno, nenek moyang kita menari tango mendatar dengan sepupu Neanderthal mereka, dan kita adalah warisan langsung tarian ini.
Neanderthal telah meninggalkan tanda pada DNA orang yang hidup hari ini. Ia sangat sejuk. Neanderthal tidak sepenuhnya pupus,”kata Paabo ketika itu.
Penemuannya membawa kepada pertanyaan yang lebih luas: Sejauh mana Neanderthal berkaitan dengan kita? Seperti manusia moden, hominid dengan rahang lebar ini dengan tulang alis yang menonjol tinggal di gua dan dilukis di dinding, membuat topi, dan menghiasi badan mereka dengan bunga jauh sebelum manusia moden menjejakkan kaki di Eropah. Namun, mereka menjadi pupus, dan jumlah orang mencapai satu bilion dan tersebar di seluruh dunia.
Dengan membandingkan genom kita, pasukan Paabo mengenal pasti beberapa wilayah yang mengandungi variasi DNA - perubahan yang dapat membantu manusia menyesuaikan diri. Antaranya ialah kawasan genom yang berperanan dalam perkembangan kognitif.
Walaupun nasib kita yang sangat berbeza mungkin tidak sepenuhnya berkaitan dengan perbezaan kognisi, Paabo berpendapat ini adalah tempat yang baik untuk memulakan. Dan berkat organel otak, dia kini dapat menguji idenya.
Bola otak
Organoid otak dipanggil berbeza: sfera serebrum, otak mini, organel serebrum. Pertama kali dicipta pada tahun 2013, bola atau pelanggaran otak yang pelik ini kelihatan agak menyeramkan. Tetapi kerana pertumbuhannya mencerminkan perkembangan otak embrio manusia, bola-bola ini dengan cepat menjadi mainan kegemaran para ahli saraf.
Terdapat banyak resipi untuk membuat organel otak, tetapi biasanya dibuat dari sel stem manusia. Di bawah pengawasan ketat, sel perlahan berkembang menjadi kepingan tisu otak yang cacat menggunakan sup kimia. Mirip dengan otak manusia yang sebenarnya, kebanyakan tetes mengandungi struktur yang serupa dengan korteks serebrum, lapisan luar otak yang berkerut yang mengatur fungsi kognitif tahap tinggi seperti perhatian, bahasa, dan pemikiran.
Setelah masa yang mencukupi, neuron di dalam bola otak dipenuhi dengan aktiviti elektrik dan menyambung ke rangkaian saraf, dengan beberapa sambungan membentang ke seluruh organoid. Kejatuhan otak ini bukan "otak mini" dalam arti bahawa mereka dapat berfikir atau merasakan, tidak. Tetapi analisis yang teliti terhadap komposisi selular dan ekspresi gen mereka menunjukkan sekumpulan jenis neuron fungsional, karya gabungan yang menyerupai otak embrio trimester kedua.
Dengan kata lain, bola otak adalah calon yang sesuai untuk mengkaji perkembangan otak. Sejak awal, mereka telah digunakan untuk meniru autisme, skizofrenia, dan mengkaji kesan virus Zika pada otak janin.
Dan sekarang, terima kasih kepada Paabo, mereka akan menemui aplikasi dalam paleontologi.
Kebangkitan Neanderthal
Untuk memulihkan keseluruhan genom Neanderthal, saintis harus mengubah sejuta gen. Matlamat bercita-cita tinggi ini tidak dapat dicapai walaupun dengan alat penyuntingan genom yang canggih seperti CRISPR.
Daripada mengedit secara kasar semua varian Neanderthal menjadi sel induk manusia, Paabo mengambil pendekatan yang lebih halus: dia memperkenalkan hanya tiga gen utama yang berbeza pada manusia dan Neanderthal, dan kemudian mengesan kesan gen tersebut pada perkembangan otak.
Ini adalah kaedah yang terbukti.
Beberapa tahun yang lalu, bekerja dengan Wieland Hattner, ahli sains saraf di Max Planck Institute for Molecular Cell Biology and Genetics, pasukan ini mengembangkan organel otak menggunakan leukosit dari manusia dan primata lain. Penurunan otak telah berkembang selama beberapa minggu, yang membolehkan para saintis membandingkan dan membezakan bagaimana pertumbuhan sel berbeza antara spesies. Dengan menggunakan mikroskopi langsung, para saintis mendapati bahawa sel manusia menjadi satu setengah kali lebih lama daripada monyet untuk menyelaraskan kromosomnya sebelum dibahagikan kepada sel anak. Dan pemanjangan ini sedikit sebanyak membantu manusia menghasilkan lebih banyak sel stem saraf daripada saudara-mara terdekat kita.
Paabo berharap dapat menemukan lebih banyak perbezaan yang mencolok dalam otak mini Neanderthal, kerana mereka mungkin menjelaskan mengapa manusia moden telah menaklukkan sebagai spesies.
"Hasil terbaik adalah bahawa perubahan genetik membawa kepada pertumbuhan neuron yang lebih lama atau lebih bercabang," katanya. "Anda boleh mengatakan bahawa ini adalah asas biologi mengapa otak kita berfungsi secara berbeza."
Lagipun, ini hanya permulaan kajian mengenai keunikan manusia, yang hanya dapat dilakukan sekarang.
Ilya Khel
