Genetica del discorso. I biologi hanno calcolato le radici genetiche dei geni del linguaggio umano e del gene del linguaggio

Peter Borger e Royal Truman

La parola dà agli esseri umani la capacità di comunicare in modo efficace ed è forse la caratteristica più sorprendente che distingue gli esseri umani dagli altri esseri viventi. Tuttavia, alcune persone nascono con uno sviluppo del linguaggio compromesso e ritardato. Questa sindrome è conosciuta come disturbo specifico del linguaggio(SRR). I bambini che soffrono di disturbi specifici del linguaggio presentano un ritardo significativo nello sviluppo e nella percezione del linguaggio rispetto ai loro coetanei, e ciò comporta difficoltà nell'apprendimento e nella lettura a scuola. Non molto tempo fa, in una famiglia in cui per tre generazioni era stato osservato uno specifico disturbo del linguaggio, è stato scoperto un gene danneggiato: FOXP2. Lo stesso gene FOXP2è stato riscontrato in altre persone affette dallo stesso disturbo. Le persone con un gene FOXP2 danneggiato hanno maggiori probabilità di avere uno specifico disturbo del linguaggio, ma le stesse varianti mutazionali non sempre portano a questo disturbo, indicando la complessità della genetica del linguaggio.

I ricercatori dell'Istituto di antropologia dell'Università di Zurigo hanno utilizzato la paleoantropologia computazionale per ricostruire l'aspetto di un bambino di Neanderthal sulla base dei resti del cranio (mostra Gibilterra 2) e confrontare il sistema scheletrico e la morfologia dei tessuti molli degli esseri umani moderni.

(Immagine tratta da de.wikipedia.org)

L'intera sequenza del DNA del gene umano FOXP2 è stata decifrata; Recentemente sono state decifrate le omologie genetiche di scimpanzé, oranghi, macachi rhesus e topi. Scoiattoli FOXP2 scimpanzé, gorilla e macachi rhesus sono identici. Le stesse proteine ​​nell'orango e nello scimpanzé differiscono solo per due aminoacidi al di fuori delle zone Q (le zone Q non vengono prese in considerazione, poiché sono soggette a rapida mutazione a causa della DNA polimerasi instabile). Rispetto a questi cinque esempi, la versione umana della sequenza del DNA differisce in due frammenti. La Figura 1 mostra che nel residuo amminoacidico 304 c'è una "N" negli esseri umani e una "T" negli altri cinque organismi; al residuo amminoacidico 326, "S" è presente negli esseri umani e "N" è presente negli altri cinque organismi. Queste due variazioni di aminoacidi sono presenti in tutti i 226 campioni umani esaminati e sono rappresentative della sequenza del gene umano FOXP2. Pertanto, i geni e le proteine ​​FOXP2 possono essere utilizzati come gene indicatore- il meccanismo genetico che distingue tra uomo, primati e altre specie animali (Figura 1).

Recenti analisi del DNA dei Neanderthal, che si sono evoluti circa 400.000 anni fa secondo la linea temporale evolutiva, hanno dimostrato che Avevano esattamente la stessa proteina del gene FOXP2 (isolata da una sequenza di DNA) degli esseri umani moderni, comprese le corrispondenze N e S nelle posizioni 304 e 326, rispettivamente. Oltre alle prove morfologiche e fisiologiche dell’esistenza di un tratto vocale, che comprende il moderno osso ioide, la biologia molecolare fornisce prove che i Neanderthal avevano tutte le caratteristiche necessarie per parlare lingue complesse. Pertanto, i geni FOXP2 trovati nei Neanderthal dimostrano che lo erano davvero Homo sapiens. Questi risultati sono abbastanza coerenti con la posizione dei creazionisti secondo cui i Neanderthal erano persone che vissero dopo il Diluvio in quelle che oggi sono l’Europa e l’Asia.

Immagine 1. Queste lettere denominano i principali 330 aminoacidi del gene della proteina FOXP2 negli esseri umani, negli scimpanzé, nei gorilla, negli oranghi, nelle scimmie rhesus e nei topi. Queste sequenze di amminoacidi mostrano due tratti di poliglutammina (in rosso) che distinguono la sequenza di amminoacidi umani dagli altri mammiferi qui presentati (N in posizione 304 e S in posizione 326). Gli ultimi 386 aminoacidi del gene FOXP2 sono identici in tutte le specie e non sono presentati qui. Queste sequenze sono presentate in Enard et al.

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Articolo per il concorso “bio/mol/text”: La parola è considerata una caratteristica unica presente solo negli esseri umani, ma anche altre specie hanno le proprie forme di comunicazione basate su meccanismi simili a quelli umani. La somiglianza è in gran parte determinata dalla vicinanza delle loro basi genetiche. L'eroe di questa storia è il gene FOXP2- chiamato "gene della parola", ma è stato negli esseri umani che ha acquisito tali proprietà che ci hanno permesso di diventare quello che siamo.

"Bio/mol/testo"-2015

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Alla fine degli anni ’80, gli insegnanti di una scuola nella zona ovest di Londra notarono che sette bambini con problemi di linguaggio crescevano nella stessa famiglia. Questa famiglia (nella letteratura scientifica appare sotto il nome di “famiglia KE”) era di origine pakistana e uno studio più attento dei suoi membri ha rivelato che in tre generazioni di questa famiglia ci sono persone con problemi di linguaggio (Fig. 1). Avevano difficoltà a pronunciare le parole e talvolta le parole venivano sostituite da parole che suonavano simili. Se parlassero russo, ad esempio, invece della parola "forno" pronuncerebbero "flusso". In famiglia sono stati scoperti disturbi lievi, lievi e forme più gravi di disturbi del linguaggio che impediscono seriamente la comunicazione.

Figura 1. Albero genealogico della famiglia KE. In tre generazioni della famiglia, è stato riscontrato che le persone avevano problemi di linguaggio di varia gravità (figure riempite di nero). Questi erano rappresentanti di entrambi i sessi: uomini (piazze) e donne (cerchi).

Dato che i problemi del linguaggio venivano tramandati di generazione in generazione, i medici che studiarono la famiglia KE suggerirono che alla base di questi disturbi vi fosse una sorta di disturbo genetico. Difficoltà nel linguaggio si sono verificate in rappresentanti di entrambi i sessi, il che significa che il gene "colpevole" non era localizzato sui cromosomi sessuali (X o Y), ma sugli autosomi. Di conseguenza, un team di genetisti di Oxford è riuscito a determinare che il gene desiderato si trova sul cromosoma 7. La famiglia KE è stata studiata anche dai linguisti, ad esempio Mirna Gopnik ( Myrna Gopnik) dal Canada. Hanno suggerito che i disturbi del linguaggio in famiglia siano causati da una mutazione nel “gene grammaticale”, che è responsabile della costruzione sintatticamente e grammaticalmente corretta delle frasi. Successivamente si è scoperto che i rappresentanti della famiglia studiata avevano problemi non solo con la sintassi e l'articolazione, ma generalmente avevano anche difficoltà nel controllare la lingua e le labbra. Questo disturbo venne successivamente nominato disprassia verbale. Il cervello della famiglia KE non era in grado di controllare accuratamente le labbra e la lingua, con il risultato che le parole non venivano pronunciate correttamente ( cm. scatola).

Come avviene la parola nel cervello

Per la formazione del linguaggio normale, è importante il lavoro coordinato di due aree della corteccia cerebrale: zona di Broca nella corteccia frontale e Le zone di Wernicke nel lobo temporale. L'area di Broca è responsabile della pronuncia delle parole e della componente motoria del discorso. Quando quest'area del cervello viene danneggiata, ad esempio a causa di un ictus, il paziente sperimenta afasia motoria- incapacità di pronunciare parole o pronunciata limitazione nel numero di parole pronunciate. Se il processo patologico colpisce l'area di Wernicke, ciò porta a afasia sensoriale (Afasia di Wernicke) - comprensione compromessa del parlato. Un paziente con grave afasia sensoriale non capisce cosa gli dicono gli altri: invece delle parole, sente una serie di suoni poco chiari. I rappresentanti della famiglia KE avevano problemi con il funzionamento della corteccia frontale, cioè i loro disturbi del linguaggio erano una variante dell'afasia motoria.

Il gene, che gli scienziati di Oxford hanno localizzato sul cromosoma 7, è stato successivamente nominato FOXP2 (Proteina della scatola della forcella P2). È attivo nel cervello, così come nei polmoni e nell'intestino. FOXP2è uno dei tanti geni regolatori appartenenti alla famiglia VOLPE-geni. Sulla base del gene viene sintetizzato un fattore di trascrizione che non è direttamente coinvolto nei processi biochimici, ma può interagire con decine e centinaia di regioni promotrici di altri geni e regolarne l'attività. La modifica di questo gene fa sì che tutti i geni ad esso “subordinati” non svolgano correttamente il loro lavoro.

Cosa fa FOXP2 gene dice?

Tutto VOLPE-i geni regolano il normale sviluppo dell'embrione, e FOXP2- non un'eccezione. L'espressione di questo gene aumenta nelle cellule precursori dei neuroni cerebrali e quando sono spenti FOXP2 la loro comparsa viene soppressa. Uno dei modi in cui FOXP2 regola la maturazione cellulare, è il suo controllo sull'attività genetica SRPX2 (sushi ripetitivo contenente proteine ​​legate all'X 2), che codifica la struttura della proteina perossiredossina. Attraverso questo gene FOXP2 controlla la formazione delle sinapsi (sinaptogenesi) e la ridotta attività SRPX2 porta all'interruzione della sinaptogenesi e della comunicazione uditiva nei topi.

Durante il processo evolutivo, il DNA può cambiare in modo casuale, cioè si verificano mutazioni nella molecola. Vengono chiamate sostituzioni nella sequenza nucleotidica in cui la struttura della proteina non cambia sinonimo. Se una sostituzione nel DNA porta alla comparsa di un nuovo amminoacido in una proteina, viene presa in considerazione tale sostituzione non sinonimo e, di regola, porta a cambiamenti nella funzione proteica. Quando si studia l'evoluzione molecolare FOXP2 Sono state rivelate circostanze interessanti. Questo gene è uno dei più conservati nel DNA umano e presenta i maggiori cambiamenti FOXP2 all'interno del gruppo dei primati si è verificato dopo la divergenza delle linee evolutive dell'uomo e degli scimpanzé, i nostri parenti più stretti. I macachi reso, i gorilla e gli scimpanzé avevano solo sostituzioni sinonime del DNA e solo gli oranghi avevano una sostituzione non sinonime (Fig. 2). La struttura altamente conservata del gene è associata alle numerose funzioni che regola e alla loro importanza per l'organismo in via di sviluppo. Se durante la mutazione FOXP2 sorsero forme della proteina da esso codificate che non svolgevano pienamente le funzioni necessarie, il che portò allo sviluppo improprio dell'embrione e alla sua morte. Tali mutazioni non potevano essere trasmesse alla generazione successiva. Due sostituzioni non sinonime che si sono verificate negli esseri umani nel gene FOXP2, a quanto pare, ha dato ai nostri antenati un serio vantaggio e si è radicato nel genoma Homo sapiens.

Figura 2. Evoluzione dei geni FOXP2. I numeri indicati attraverso la linea rappresentano il numero di sostituzioni (mutazioni) nella sequenza del DNA: il numero di sostituzioni non sinonime è dato prima della linea, e di quelle sinonime dopo la linea. Nell'uomo, ad esempio, rispetto agli scimpanzé, si sono verificate solo due sostituzioni, ma entrambe non erano sinonimi, cioè hanno portato a un cambiamento qualitativo nel gene. Allo stesso tempo, nei topi si sono verificate 131 sostituzioni sinonime e solo una sostituzione non sinonime.

Trilli di uccelli

Se una persona ha un gene FOXP2 associato alla parola, quindi in altri animali dovrebbe regolare funzioni simili. La prima cosa che mi viene in mente è il canto degli uccelli. Potresti pensare che gli uccelli cantino sempre allo stesso modo, ma non è vero. Il canto è uno degli strumenti per attirare l'attenzione dei rappresentanti della loro specie. Si chiama cantare in presenza di femmine dirette, e quando i maschi cantano "per l'anima" o a scopo di addestramento, allora viene considerato tale canto non diretto. Dietro i trilli leggeri e ariosi degli uccelli canori c'è il lavoro chiaro e ben coordinato del loro sistema nervoso e il meccanismo dei geni che ne controllano il funzionamento.

Un organismo modello per lo studio delle basi genetiche del canto degli uccelli è il diamante mandarino ( Taeniopygia guttata) (Fig. 3), e la parte più studiata (in relazione al canto) del cervello dell'uccello è zona X (zona X), situato nello striato - striato. Gli uccelli il cui canto cambia stagionalmente mostrano cambiamenti nell'area X durante tutto l'anno. Aumenta durante la stagione riproduttiva, quando l'uccello ha bisogno di conquistare un compagno, e diventa più piccolo al termine di questo periodo di tempo. L'aumento dell'area X negli uccelli è direttamente correlato alla formazione di nuove sinapsi per l'acquisizione di nuove tecniche di canto.

Figura 4. Espressione FoxP2. Quando diretto (dirette) cantando, il livello di espressione genica è superiore a quello non diretto (non diretto). Questa connessione potrebbe indicare che un canto più armonioso richiede un'attività coordinata del sistema nervoso, assicurata da FoxP2.

Il diamante mandarino non è un uccello il cui canto cambia con le stagioni; è più caratterizzato da una combinazione di canto diretto e non diretto durante tutto l'anno. Per studiare l'attività FoxP2 Non durante lo sviluppo del cervello, ma durante diversi tipi di attività cerebrale, gli scienziati hanno condotto il seguente esperimento. Diversi diamanti mandarini maschi cantavano "per l'anima", in assenza di femmine e maschi della loro specie, e altri maschi cantavano per le femmine, che venivano costantemente sostituite dagli sperimentatori. C'era anche un gruppo di controllo di uccelli che non cantavano. Durante l'esperimento è stata effettuata una registrazione audio del canto degli uccelli. Si è scoperto che durante il canto non direzionale il livello di espressione aumenta FoxP2 diminuisce, ma quando diretto rimane alto (Fig. 4). Tuttavia, nel canto non diretto si è notata una maggiore varietà di melodie rispetto al canto diretto. Questa differenza può essere spiegata dal livello di espressione FoxP2: Quanto più intensa è l'espressione, tanto più ordinato e stabile diventa il canto degli uccelli. Vale la pena notare che gli scienziati che hanno condotto lo studio non hanno indicato il motivo per cui i fringuelli che non cantavano avevano livelli di espressione FoxP2è rimasto alto.

Un altro studio sui diamanti mandarini ha chiarito il ruolo FoxP2 nella formazione delle capacità di canto. È stato determinato che esistono due popolazioni di neuroni nell’area X. La prima popolazione è costituita da neuroni ad alta attività FoxP2, il secondo - dal basso. Man mano che l'uccello matura, il numero di neuroni della prima popolazione diminuisce (Fig. 5) e con esso diminuisce la diversità dei canti degli uccelli. Tuttavia, il livello di espressione FoxP2 aumenta ancora con il canto direzionale, il che indica un'influenza bifasica di questo gene. Durante l'età adulta, i neuroni in cui si esprime attivamente FoxP2, sono responsabili della formazione finale della regione X. Dopo aver raggiunto la maturità funzionale, durante il canto diretto si verifica un aumento dell'attività genetica, che richiede coerenza e chiarezza. Se l'espressione è interrotta FoxP2 nell'area X, poi, quando imparano a cantare, gli uccelli riproducono melodie con errori e non per intero. Se il funzionamento del "gene della parola" viene interrotto, viene interrotta anche la normale variabilità dei motivi del canto negli uccelli giovani e adulti. Ciò si verifica a causa dell'interruzione della modulazione dopaminergica dell'attività dell'area X. FoxP2 partecipa alla formazione dei recettori della dopamina sui dendriti dei neuroni dell'area X e al sistema di trasmissione del segnale da essi alla cellula, il che significa che i cambiamenti nella sua espressione portano a problemi in questo circuito. Le somiglianze tra i meccanismi genetici della formazione del canto degli uccelli e il linguaggio umano sono descritte più dettagliatamente nell'articolo di Elena Naimark su "Elements".

Figura 5. Differenze legate all'età nel numero di neuroni appartenenti a diverse popolazioni nei diamanti mandarini. Una popolazione di neuroni che si esprimono attivamente FoxP2, diminuisce gradualmente con l'avanzare dell'età. La dimensione della popolazione di neuroni “a bassa attività” non è in alcun modo correlata all’età dell’uccello.

Topolino dalla testa grande

I moderni metodi di biologia molecolare consentono di “trapiantare” i geni da un organismo all’altro. Puoi presentare l'essere umano FOXP2 nel genoma di un altro animale per capire quali vantaggi offre questa variante genetica alla funzione cerebrale.

Il primo lavoro in questa direzione è stato svolto nel 2009. L'oggetto della ricerca degli scienziati erano i topi, nel cui genoma esiste una variante “topo”. Foxp2 sostituito da “umanizzato”. Va chiarito che non è stato l'intero gene a cambiare, ma solo due nucleotidi che determinano la differenza nelle sequenze aminoacidiche della proteina FOXP2 umana e dello scimpanzé (la proteina del topo differisce in un altro amminoacido). Tutti i topi con il gene "umano" ( ronzio) sono sopravvissuti e sono stati in grado di lasciare prole. Lo studio ha confrontato un altro tipo di topo ( wt/ko), che hanno uno degli alleli del gene Foxp2 apparteneva a un normale topo ( tipo selvatico, peso), e l'altro era una variante genetica trovata in persone con disturbi del linguaggio ( ko). Sono stati studiati anche i topi “ordinari” e i loro risultati sono stati presi come norma condizionale, ma non sono stati presi in considerazione nella discussione.

Figura 6. Livelli di dopamina nel cervello di due gruppi di topi. Nei topi hum, rispetto ai topi wt/ko, viene prodotta meno dopamina in diverse strutture cerebrali.

I topi “umanizzati” hanno mostrato una minore attività esplorativa rispetto ai topi wt/ko, ma allo stesso tempo hanno partecipato più spesso ai contatti di gruppo. Nei topi hum, rispetto al gruppo wt/ko, il livello di dopamina, il principale neurotrasmettitore “motivante”, era più basso nel cervello (Fig. 6). Potrebbe esserci un collegamento diretto tra i livelli di dopamina e il comportamento esplorativo. Il ridotto livello di dopamina nei topi hum non crea la motivazione ad agire in modo così forte e in quantità come nei topi wt/ko. Tuttavia, questo non vuol dire che questo sia un male. In un certo senso, si può dire che i topi hum siano meno pignoli e più concentrati rispetto alle loro controparti wt/ko. Nello striato (un'area ricca di neuroni della dopamina) dei topi hum sono stati trovati neuroni con dendriti più lunghi, processi che trasmettono informazioni ad altre cellule. Oltre a questo, la normale variante umana Foxp2 aumento della neuroplasticità nel cervello dei topi hum. In generale, sembra che l’“umanizzazione” del gene abbia ottimizzato il funzionamento del sistema nervoso dei topi hum grazie alla regolazione più precisa della trasmissione del segnale dopaminergico.

Un altro studio, condotto da un gruppo di scienziati europei, ha analizzato diversi tipi di apprendimento nei topi con la versione umana Foxp2. Esistono due tipi di formazione fondamentalmente diversi: dichiarativo E procedurale. L’apprendimento dichiarativo richiede il controllo cosciente su ogni azione e la consapevolezza del suo significato. L’apprendimento procedurale avviene attraverso la ripetizione automatica delle azioni. Nell'esperimento sono stati utilizzati topi normali e topi con la variante umana Foxp2 ho dovuto attraversare un labirinto utilizzando diversi tipi di allenamento. L'apprendimento procedurale avveniva richiedendo ai roditori di girare sempre a destra per trovare un premio. In un'altra versione del compito, che prevedeva l'apprendimento dichiarativo, il dolcetto veniva sempre posizionato nella stessa parte del labirinto, ma poiché i topi vi venivano lanciati da direzioni diverse, dovevano tenere conto di questa circostanza e ricordare la posizione del labirinto. la ricompensa, basandosi su ulteriori segnali esterni.

Quando i tipi di apprendimento sono stati esaminati separatamente, non è stata riscontrata alcuna differenza tra i due gruppi di topi: entrambi i gruppi hanno eseguito più o meno lo stesso compito. I topi ronzio ottenevano un chiaro vantaggio rispetto ai topi normali se venivano prima addestrati in un labirinto “dichiarativo” e poi spostati in un labirinto “procedurale”. I topi umanizzati sembrano migliorare la transizione dall’apprendimento dichiarativo a quello procedurale. Secondo gli sperimentatori, questa caratteristica del funzionamento del sistema nervoso dei topi potrebbe mostrare cambiamenti nel cervello delle persone che lo hanno adattato alla parola. Gli scienziati, in particolare, ritengono che nei topi hum l’equilibrio tra apprendimento dichiarativo e procedurale sia spostato verso l’apprendimento procedurale, mentre nei topi normali è viceversa. I ricercatori chiamano il fenomeno del rapido passaggio dall'apprendimento dichiarativo all'apprendimento procedurale con un aumento del successo di quest'ultimo proceduralizzazione.

Questo effetto delle sostituzioni di aminoacidi in Foxp2 è diventato possibile perché questa proteina regola un gran numero di geni e, in definitiva, controlla lo sviluppo dello striato, una parte del cervello necessaria per l'apprendimento. Versione umana Foxp2 nei neuroni striatali allunga i dendriti e aumenta anche la depressione a lungo termine ( depressione a lungo termine- V.L.) conduzione del segnale nei neuroni e neuroplasticità, che ha anche un effetto benefico sull'attività cerebrale. Apparentemente nel cervello si formano connessioni più forti che svolgono la loro funzione in modo più affidabile. Il risultato di questi cambiamenti è una migliore integrazione dei processi di apprendimento nei modelli di comportamento. La proceduralizzazione non accelera l’“automazione” di un’abilità, altrimenti i topi ronzio otterrebbero un grande vantaggio rispetto ai topi normali già nella fase di sperimentazione isolata di diversi tipi di apprendimento. Ti consente di padroneggiare un'abilità e successivamente di apprendere azioni simili a un ritmo accelerato, a livello automatico, cioè “percorre il percorso” per altre informazioni. In linea di principio, questo è molto simile all'imparare a parlare, quando un bambino, dopo aver padroneggiato le basi, inizia a imparare da solo, letteralmente in movimento, inclusa la costruzione delle parole in modo indipendente.

Forse il contributo più notevole FOXP2 nella storia evolutiva della nostra specie è proceduralizzazione della nostra formazione, che ha semplificato non solo il discorso. Potrebbe portare alla creazione di strumenti più efficienti, allo sviluppo di metodi di cottura e all’emergere di altre componenti importanti della nostra cultura. Se dai libero sfogo alla tua immaginazione, puoi immaginare che la civiltà moderna sia nata grazie alla sostituzione di due aminoacidi nella proteina FOXP2, e questo è un pensiero piuttosto eccitante.

Letteratura

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Nonostante la varietà di trucchi che i topi da laboratorio possono eseguire, gli scienziati stanno ancora cercando di espandere l'arsenale di trucchi dei loro reparti. Super resistente, super forte, super veloce, super resistente o, al contrario, super suscettibile alle malattie più pericolose: l'elenco delle abilità geneticamente acquisite per volontà degli scienziati non si limita a questo.

Wolfgang Enard dell'Istituto Max Planck di antropologia evolutiva di Lipsia e i suoi colleghi si sono prefissati il ​​compito quasi impossibile di insegnare ai topi a parlare.

Bene, o almeno trapiantare la versione umana del gene del linguaggio Foxp2 nei topi.

Anche i topi e altri animali, compresi i primati, possiedono questo gene, o più precisamente, la sequenza del DNA che codifica per il fattore di trascrizione Foxp2, ma differisce dall'uomo per due mutazioni puntiformi. Si ritiene che siano state queste mutazioni a conferire agli esseri umani la capacità unica di parlare e distinguere il parlato. Gli scienziati differiscono nelle stime dell'età di questa mutazione: da 100 a 500 mila anni. La questione dell'età e dell'evoluzione di Foxp2 è diventata addirittura quasi l'argomento principale nella discussione sul genoma dei Neanderthal recentemente decifrato.

Tuttavia, gli effetti di questo fattore di trascrizione rimangono poco chiari. È ovvio che un processo così complesso come la parola non può essere assicurato da un solo gene; è necessaria una struttura adeguata delle vie respiratorie e delle corde vocali. Inoltre, il cervello e l'organo uditivo devono essere in grado di percepire e distinguere proprio questo discorso. Foxp2 è perfettamente adatto al ruolo di "regolatore" - dopo tutto, è un fattore di trascrizione che regola il lavoro di un'ampia varietà di geni (quali non sono completamente conosciuti). Cioè, una mutazione nel gene Foxp2 è sufficiente per modificare contemporaneamente la struttura, le proprietà e le funzioni in diversi tessuti, sia esso il sistema nervoso o quello respiratorio.

Foxp2 è diventato un "gene del linguaggio" relativamente di recente: alla fine del secolo scorso è diventato chiaro che le sue mutazioni sono la causa di difetti congeniti nella percezione del linguaggio.

Ma il meccanismo d’azione, così come tutte le funzioni di questo fattore, sono rimasti sconosciuti fino ad oggi. Guardando al futuro, diciamo che anche dopo il lavoro di Enard rimanevano molte domande, sebbene gli scienziati fossero in grado di descrivere gli effetti della versione umana di Foxp2 sui topi. Gli autori della pubblicazione su Cell, il cui elenco insieme ai loro istituti occupava l'intera prima pagina dell'articolo, hanno cercato di rispondere a due domande contemporaneamente: qual è il ruolo di Foxp2 in generale e qual è la differenza tra gli effetti dell'azione umana Foxp2 e mouse Foxp2.

Per fare ciò, hanno dovuto prima allevare topi eterozigoti per questo gene - Foxp2wt/ko (wild type/knockout), cioè una versione di questo gene era "selvaggia" - topo, e la seconda era completamente disattivata. Oltre a questo gruppo, gli scienziati hanno ottenuto anche topi Foxp2hum/hum (umani), che avevano la variante umana del gene in entrambe le posizioni. Successivamente Enard e i suoi colleghi, tra cui il “capo esperto” del genoma dei Neanderthal, Svante Peebo, valutarono i topi secondo quasi trecento criteri fisiologici.

I topi “umanizzati” non hanno mai imparato a parlare e avevano anche una minore secrezione di dopamina e un minore entusiasmo per la ricerca, ma emettevano ultrasuoni quantitativamente diversi.

L'assenza di una copia del gene ha portato ad un effetto completamente opposto, che dimostra ancora una volta il ruolo della versione umana di Foxp2 in tutti i fenomeni osservati. La ragione di queste differenze risiede nei gangli della base del telencefalo. È qui che i segnali vengono reindirizzati dalla corteccia cerebrale ai muscoli e qui molti riflessi vengono "chiusi". La diminuzione dell'attività nella ricerca e nell'esplorazione di nuovi oggetti è spiegata da bassi livelli di dopamina, un mediatore del piacere che stimola tale comportamento.

Per quanto riguarda l'argomento principale della discussione, l'effetto sulla parola, la maggior parte delle differenze si è rivelata insignificante, sebbene gli autori siano riusciti a trovare una piccola differenza:

I topi “umanizzati” erano inclini a produrre più suoni individuali e utilizzavano frequenze di picco più basse per farlo rispetto ai topi knockout per uno dei geni.

Tuttavia, ciò dimostra solo il ruolo di una specifica versione umana e non di Foxp2 nel suo insieme.

Foxp2 sembra avere il maggiore impatto sul riconoscimento del parlato e del suono, nonché sulla regolazione centrale del parlato. La cosa più interessante che i topi, che non hanno mai imparato a parlare durante la loro vita, hanno detto agli scienziati dopo la dissezione:

Nei topi “umanizzati”, la lunghezza media dei brevi processi delle cellule nervose – i dendriti – era maggiore del 22%.

Ciò contribuisce alla formazione di maggiori contatti tra le cellule e, di conseguenza, a un funzionamento più efficiente del sistema nervoso e, in particolare, dell'analizzatore uditivo.

Pertanto, Enard ha confermato ancora una volta il fatto che l'evoluzione all'interno di un gruppo così perfetto come gli animali è avvenuta principalmente a causa di fattori di trascrizione e non di geni nel senso comune del termine. Resta da cercare Foxp2 nei pappagalli e la questione del suo ruolo sarà finalmente risolta.

Il confronto di interi genomi di specie diverse ha fornito informazioni sul motivo per cui gli esseri umani e gli scimpanzé sono così diversi gli uni dagli altri nonostante la grande somiglianza dei loro genomi. Negli ultimi anni sono stati sequenziati i genomi di migliaia di specie (soprattutto microrganismi). Si è scoperto che ciò che conta di più è in quale parte del genoma si verificano i cambiamenti e non il loro numero totale. In altre parole, non è necessario modificare molto il genoma per creare una nuova specie. Affinché il nostro antenato comune con gli scimpanzé si sviluppasse in una persona, non era necessario accelerare l'orologio molecolare nel suo insieme. Il segreto era apportare rapidamente modifiche nei punti in cui avrebbero avuto un impatto significativo sul funzionamento dell’intero corpo. Un esempio del genere, insieme alla sequenza HAR1, è la sequenza in rapida evoluzione contenuta nel gene FOXP2.

È noto che è associato al linguaggio: nel 2001, è stato dimostrato che le persone portatrici di mutazioni in questo gene non sono in grado di eseguire alcuni dei rapidi movimenti dei muscoli facciali necessari per articolare le parole, nonostante abbiano normali capacità cognitive del linguaggio. Normalmente, questa sequenza presenta molte differenze rispetto a quella simile degli scimpanzé: due sostituzioni nucleotidiche che hanno modificato il suo prodotto proteico e molte altre sostituzioni che apparentemente hanno influenzato come, quando e dove la proteina viene utilizzata nel corpo umano.

Una recente scoperta getta luce sulla questione di quando gli ominidi abbiano sviluppato una versione di FOXP2 capace di produrre il linguaggio. Nel 2007, gli scienziati dell'Istituto Max Planck per l'antropologia evolutiva di Lipsia hanno sequenziato FOXP2, estratto dai resti degli uomini di Neanderthal, e hanno scoperto che questi esseri umani estinti possedevano la versione umana moderna del gene. È probabile che possano parlare come noi. Le ultime stime del tempo di separazione dei lignaggi evolutivi dei Neanderthal e degli esseri umani moderni indicano che la nuova forma di FOXP2 è apparsa non più tardi di mezzo milione di anni fa. Tuttavia, la maggior parte delle caratteristiche che distinguono il linguaggio umano dalla comunicazione sonora in altri animali non sono dovute a caratteristiche fisiche, ma

Gene del linguaggio

Nel 1990 fu studiata a Londra una famiglia con un'insolita patologia ereditaria. I membri della famiglia non hanno avuto problemi nella sfera intellettuale, ma tutti avevano qualche tipo di disturbo del linguaggio. Gli studi genetici hanno portato alla scoperta di un singolo gene danneggiato responsabile della patologia, chiamato FOXP2. Fu subito soprannominato il “genoma del linguaggio”.

È ormai noto, però, che FOXP2 è uno dei geni regolatori coinvolti in molti processi che non hanno nulla a che fare con il linguaggio. Ma la cosa peggiore del “gene del linguaggio” è che ne sono state scoperte varianti in quasi tutti gli organismi, compreso il lievito. La proteina che è responsabile della produzione differisce molto poco tra l'uomo e il lievito.

Per alcuni ricercatori questa era la prova che il linguaggio non ha alcun substrato genetico. Tuttavia, questo problema può essere visto in modo diverso. Il linguaggio può essere visto come un processo complesso e complesso in cui il gene FOXP2 ha un ruolo specifico nella regolazione dei movimenti sequenziali dei muscoli facciali. Una piccola mutazione genetica può portare a una funzione muscolare imprecisa e, di conseguenza, a un linguaggio confuso.

FOXP2 ha assunto la sua forma attuale circa 200-120 mila anni fa. È stata un'epoca molto interessante. Come mostrano i resti fossili, fu durante questo periodo che avvenne l'ultima migrazione dei nostri antenati dall'Africa.