Penemuan genetik dapat membuka asal mula misterius bahasa manusia
Varian gen NOVA1 spesifik manusia mungkin telah mempengaruhi munculnya bahasa lisan. Ketika diperkenalkan ke tikus, itu mengubah pola vokal mereka, mengisyaratkan perannya dalam pengembangan bicara.
Asal usul bahasa manusia tetap misterius. Apakah kita satu -satunya hewan yang benar -benar mampu berbicara rumit? Apakah Homo sapiens satu -satunya hominid yang dapat memberikan arahan terperinci kepada sumber air tawar yang jauh atau menggambarkan ungu yang bernuansa dan merah dari matahari terbenam yang dramatis?
Kerabat dekat seperti Neanderthal kemungkinan memiliki fitur anatomi di tenggorokan dan telinga yang bisa memungkinkan mereka berbicara dan mendengar bahasa lisan. Mereka juga berbagi dengan kami varian gen yang terkait dengan kemampuan bicara. Namun, hanya pada manusia modern yang kita temukan daerah otak yang diperluas penting untuk produksi dan pemahaman bahasa.
Sekarang para peneliti dari Universitas Rockefeller telah menggali bukti genetik yang menarik: varian protein yang hanya ditemukan pada manusia yang mungkin telah membantu membentuk kemunculan bahasa lisan.
Dalam sebuah studi yang diterbitkan di Komunikasi Alampara peneliti di lab peneliti Rockefeller Robert B. Darnell menemukan bahwa ketika mereka meletakkan varian manusia eksklusif ini dari NOVA1-protein pengikat RNA di otak yang diketahui penting untuk perkembangan saraf-ke tikus, itu mengubah vokalisasi mereka seperti yang mereka sebut satu sama lain.
Studi ini juga mengkonfirmasi bahwa varian tidak ditemukan di Neanderthal atau Denisovans, manusia kuno yang dimiliki oleh nenek moyang kita, seperti yang dibuktikan oleh jejak genetik mereka yang tetap dalam banyak genom manusia saat ini.
“Gen ini adalah bagian dari perubahan evolusioner yang luas pada manusia modern awal dan mengisyaratkan potensi asal kuno bahasa lisan,” kata Darnell, kepala laboratorium neuro-onkologi molekuler. “Nova1 Mungkin gen bahasa manusia yang bonafid, meskipun tentu saja itu hanya satu dari banyak perubahan genetik spesifik manusia. “
Tiga dekade dalam pembuatan
Adaptasi anatomi dari saluran vokal dan jaringan saraf yang rumit memungkinkan kemampuan bahasa kita. Tapi genetika di belakang mereka tidak dipahami dengan baik.
Salah satu pendorong bahasa genetik yang berteori adalah Foxp2kode mana untuk faktor transkripsi yang terlibat dalam perkembangan otak awal. Orang dengan mutasi pada gen ini menunjukkan cacat bicara yang parah, termasuk ketidakmampuan untuk mengoordinasikan gerakan bibir dan mulut dengan suara. Manusia memiliki dua amino asam Substitusi di Foxp2 yang tidak ditemukan di primata atau mamalia lain – tetapi Neanderthal juga memilikinya, menunjukkan bahwa varian muncul pada leluhur kedua garis keturunan manusia. Tapi beberapa temuan di Foxp2 telah diperdebatkan, dan perannya dalam pengembangan bahasa manusia masih belum jelas.
Sekarang Nova1 telah muncul sebagai kandidat. Gen menghasilkan spesifik neuron RNA Kunci protein pengikat untuk perkembangan otak dan kontrol neuromuskuler yang pertama kali dikloning dan ditandai oleh Darnell pada tahun 1993. Ini ditemukan dalam bentuk yang hampir identik di sejumlah besar biosfer, dari mamalia hingga burung – tetapi tidak pada manusia. Sebaliknya, kami memiliki bentuk unik kami sendiri yang ditandai dengan perubahan tunggal asam amino, dari isoleucine ke valin, pada posisi 197 (I197V) dalam rantai protein.
I197V bukan satu -satunya substitusi asam amino yang membedakan manusia modern dari organisme lain, menunjukkan penulis pertama Yoko Tajima, rekan postdoctoral di lab Darnell. Beberapa dari mereka mungkin menjadi bagian integral dari perkembangan otak. “Perubahan seperti itu mungkin telah memainkan peran penting dalam perolehan karakteristik yang telah berkontribusi pada kemunculan, ekspansi, dan kelangsungan hidup Homo sapiens”Katanya.
Seorang spesialis dalam bagaimana protein pengikat RNA memodulasi ekspresi gen, Darnell telah meneliti NOVA1 sejak awal 1990 -an, ketika ia dan rekan -rekannya pertama kali mengidentifikasikannya sebagai pemicu gangguan autoimun neurologis yang disebut POMA yang dapat menyebabkan disfungsi motor yang ekstrem. Baru -baru ini mereka mulai mengidentifikasi kasus -kasus di mana Nova1 Varian genetik dikaitkan dengan bahasa perkembangan dan kesulitan motorik.
“Memahami NOVA1 telah menjadi upaya karir yang panjang bagi saya,” katanya.
Studi saat ini, yang dipimpin oleh Tajima, menggunakan pengeditan gen CRISPR untuk menggantikan protein NOVA1 umum yang ditemukan pada tikus dengan varian manusia I197V. Mereka kemudian menggunakan teknik canggih seperti analisis cross-linking immunopresipitasi (Clip), metode yang dikembangkan oleh Darnell, untuk mengidentifikasi situs pengikatan RNA NOVA1 di otak tengah tikus.
Pengungkapan besar
Penemuan penting pertama adalah bahwa varian manusia tidak berdampak pada pengikatan RNA yang terkait dengan pengembangan saraf atau kontrol motorik. Ini beroperasi persis seperti yang telah diganti.
Jadi apa yang dilakukannya? Temuan signifikan kedua memberi mereka petunjuk: situs pengikatan yang secara substansial dipengaruhi oleh varian manusia terletak pada gen yang diberi kode RNA yang terkait dengan vokalisasi.
“Selain itu, banyak dari gen yang berhubungan dengan vokalisasi ini juga ditemukan sebagai target mengikat NOVA1, lebih lanjut menunjukkan keterlibatan NOVA1 dalam vokalisasi,” kata Tajima.
“Kami pikir, Wow. Kami tidak berharap itu, “kata Darnell.” Itu adalah salah satu momen yang sangat mengejutkan dalam sains. “
Laboratorium Darnell kemudian bergabung dengan Laboratorium Neurogenetika Bahasa Rockefeller, yang dipimpin oleh Erich D. Jarvis, yang mempelajari mekanisme molekuler dan genetik yang mendasari pembelajaran vokal.
Komunikasi yang diubah
Selama beberapa tahun ke depan, kolaborator menyelidiki dampak pada vokalisasi di antara tikus dari berbagai usia dalam konteks yang berbeda. Mereka menemukan pola vokal yang berubah di antara kedua anak anjing dari kedua jenis kelamin dan pria dewasa.
“Semua tikus bayi membuat dicit ultrasonik untuk ibu mereka, dan peneliti bahasa mengkategorikan berbagai mencicit sebagai empat 'huruf' – S, D, U, dan M,” catat Darnell. “Kami menemukan bahwa ketika kami 'mentransliterasikan' derit yang dibuat oleh tikus dengan varian I197V spesifik manusia, mereka berbeda dari tikus tipe liar. Beberapa 'huruf' telah berubah.”
Mereka menemukan pola yang sama ketika mereka mempelajari panggilan perkawinan yang penuh harapan dari tikus dewasa jantan yang terpapar tikus dewasa betina di estrus. “Mereka 'berbicara' secara berbeda dengan tikus betina,” katanya. “Orang dapat membayangkan bagaimana perubahan vokalisasi seperti itu dapat memiliki dampak mendalam pada evolusi.”
Elemen manusia
Pengaruh potensial I197V pada evolusi manusia menjadi fokus mereka berikutnya. Untuk mengkonfirmasi bahwa itu tidak ditemukan pada kerabat manusia terdekat kami-Neanderthal, yang sebagian besar tinggal di Eropa, dan Denisovans, dinamai gua Asia Tengah di mana mereka ditemukan-para peneliti membandingkan delapan genom manusia dengan tiga genom Neanderthal yang berkemampuan tinggi dan satu genom Denisovan yang tinggi.
Seperti yang diharapkan, kerabat kuno kami-dari siapa kami dianggap telah membagi sekitar 250.000-300.000 tahun yang lalu-memiliki protein Nova1 yang sama dengan semua hewan non-manusia.
Mereka kemudian menyisir 650.058 genom manusia modern dalam database DBSNP, katalog variasi urutan pendek yang diambil dari orang -orang di seluruh dunia. Jika ada alternatif untuk I197V, itu akan ditemukan di sini.
Dari 650.058 orang itu, semua kecuali enam memiliki varian manusia. Keenam itu memiliki varian kuno; Karena sampel tidak diidentifikasi, detail tentang mereka tidak diketahui.
“Data kami menunjukkan bahwa populasi leluhur manusia modern di Afrika mengembangkan varian manusia I197V, yang kemudian menjadi dominan, mungkin karena itu memberikan keuntungan yang terkait dengan komunikasi vokal,” sarannya. “Populasi ini kemudian meninggalkan Afrika dan menyebar ke seluruh dunia.”
Penyakit dan gangguan
Di masa depan, Darnell's Lab akan menyelidiki bagaimana NOVA1 mengatur fungsi bahasa dengan memperhatikan bahasa atau gangguan perkembangan.
“Kami percaya bahwa memahami masalah -masalah ini akan memberikan wawasan penting tentang bagaimana otak beroperasi selama komunikasi vokal – dan bagaimana kesalahan regulasi mengarah pada gangguan tertentu,” kata Tajima.
Jalur sarafnya dapat berperan, misalnya, ketika berbagai gangguan membuat seseorang tidak dapat berbicara. Mungkin itu mempengaruhi pengembangan autisme nonverbal; Nova1 adalah salah satu dari banyak gen yang terkait Gangguan Spektrum Autisme. Dan pada tahun 2023, laboratorium melaporkan pada seorang pasien dengan nova1 haploinsufficiency yang gejala neurologisnya termasuk keterlambatan bicara.
Menambahkan Darnell: “Penemuan kami dapat memiliki relevansi klinis dalam banyak hal, mulai dari gangguan perkembangan hingga penyakit neurodegeneratif.”
Reference: “A humanized NOVA1 splicing factor alters mouse vocal communications” by Yoko Tajima, César DM Vargas, Keiichi Ito, Wei Wang, Ji-Dung Luo, Jiawei Xing, Nurdan Kuru, Luiz Carlos Machado, Adam Siepel, Thomas S. Carroll, Erich D. Jarvis and Robert B. Darnell, 18 February 2025, Komunikasi Alam.
Doi: 10.1038/s41467-025-56579-2
