Wyobraźmy sobie, że jedyny sposób na poznanie działania zegara polegałby na gruntownych oględzinach wnętrza i zewnętrza pustej już dzisiaj skrzyni, w której był niegdyś umieszczony jego mechanizm. Czy dużo się dowiedzieliśmy, nawet jeśli jesteśmy wybitnymi zegarmistrzami? To teraz wyobraźmy sobie, że mamy nie tylko skrzynię, ale także oryginalną maszynę, dzięki której wykonano niegdyś większość mechanizmu tego zegara – wszystkie zębate kółka. Możemy zatem w sposób kontrolowany, z dostępnych nam dziś, współczesnych kółek zębatych doszlifować czy dosztukować na prawidłowy wymiar kółek dawnych, należących niegdyś do mechanizmu, po którym ocalała jedynie ciekawa skrzynia. Choć nadal nie wiemy na pewno, jaka była sprężyna i w jaki sposób dokładnie ten zegar działał, ale… zasadniczo jesteśmy w stanie go zrekonstruować.

Wbrew pozorom nie jest to opowieść o ciężkiej pracy konserwatorów zabytków. Zegarowa skrzynia ma tu symbolizować ludzką czaszkę, a mechanizm zegara – umieszczony w niej mózg. Najciekawszy i najbardziej skomplikowany w swym działaniu ludzki organ, który w najgłębszym sensie naszego rozumienia rzeczywistości czyni z nas takich ludzi, jakimi jesteśmy.

Wielce zatem interesuje naukowców znalezienie odpowiedzi na pytanie: jak działał mózg neandertalczyka? No ale jedyne, co mieli dotąd w rękach badacze, to kolejne i kolejne skamieniałe neandertalskie czaszki rozsiane po Eurazji.

Czy nawet ich najbardziej drobiazgowe oględziny mogły ostatecznie odpowiedzieć na pytanie, jak myśleli, co czuli, jak żyli społecznie i inne, na które odpowiada w stosunku do naszego mózgu współczesna neurobiologia?

A jest się nad czym zastanawiać, skoro najnowsze badania wskazują, że choć neandertalczyk był grubej kości, to jego dłonie sprzed 40 tys. lat najczęściej trudniły się wykonywaniem drobnych, precyzyjnych ruchów, a nie ciężkiej roboty. To były ręce malarza, nie kamieniarza. Jego zaś kultura (sic!) zwana mustierską, to różnorakie, bardzo precyzyjne narzędzia z kamieni i kości, a nie kilka gnatów rozrzuconych wkoło ogniska.

W 1856 roku w niemieckim Neanderthalu odkryto niekompletny szkielet „człowieka pierwotnego” o mocnym kośćcu i grubym wale nadczołowym. 150 lat później naukowcom udało się uzyskać pełną sekwencję genomu tej istoty. Zasadniczo wiemy, gdzie się genetycznie różniliśmy z neandertalczykiem w ułamku procenta.

Nasze neandertalskie matki

Dzięki badaniom genetyki populacyjnej wiemy, że sami neandertalczycy byli dość genetycznie różnorodni, co nie jest zaskakujące, gdy wziąć pod uwagę ich spore rozprzestrzenienie. I długi czas występowania: neandertalczycy pojawili się 400 tys. lat temu, a charakterystyczne dla nich szkielety zanikają na izolowanych stanowiskach ok. 25 tys. lat temu.

Wyniki dowodzą również, że wśród naszych matek były neandertalskie kobiety (nie ma we współczesnej populacji żadnego po-neandertalskiego chromosomu Y), które zostawiły w każdym z nas, z wyjątkiem rdzennych mieszkańców Afryki subsaharyjskiej, od 1 do 4 procent swojego DNA. Do kontaktów intymnych „kobiet współczesnych” z neandertalczykami też z pewnością dochodziło na przestrzeni kilkunastu – kilkudziesięciu tysięcy lat współwystępowania. Jednak nie dały one najprawdopodobniej potomstwa, gdyż znacząco odmienne było u człowieka współczesnego i neandertalczyka białko ważne dla struktury wici plemnika. Taka odmienność mogła prowadzić do ataku układu odporności kobiet na neandertalskie plemniki, co zasadniczo utrudniało zapłodnienie.

Co jednak ciekawe, choć najdłuższy bodajże fragment neandertalskiego DNA zachował chromosom X, czyli kobiecy chromosom płciowy, to w naszym współczesnym DNA trudno się doszukać neandertalskiego DNA mitochondrialnego. Jest to zaś króciutka cząsteczka DNA dziedziczona wyłącznie po matce. Wystarczy jednak, aby płodnym potomstwem neandertalskich kobiet i ludzi współczesnych byli wyłącznie synowie, aby tak się właśnie zdarzyło.

Mamy zawdzięczać w jakimś stopniu neandertalczykowi: białą skórę, niebieskie oczy, rude włosy, zamiłowanie do diety bogatej w tłuszcz i białko zwierzęce oraz 158 antywirusowych białek, które codziennie ratują nam zdrowie. Według specjalistów, np. Davida Reicha z Harvard Medical School, gdyby złożyć w całość wszystkie neandertalskie kawałki DNA rozsiane po genomach współczesnej ludzkiej populacji, zebrałoby się tego nawet na jakieś 40 procent genomu neandertalczyka.

Pewne neandertalskie geny, jak np. wariant +D kodujący białko zwane mikrocefaliną, „weszły” do naszego genomu ok. 37 tys. lat temu i nie tylko w nim trwają, ale nawet rozprzestrzeniły się w naszej populacji. Ewolucjonizm nie pozostawia wątpliwości, że ten neandertalski gen rozprzestrzenił się, bo miał jakiś fantastyczny wpływ na nasze przetrwanie, czyli dopomógł swym nosicielom podczas bezdusznego działania doboru naturalnego.

Zadziwiające, bo choć neandertalczyka wyobrażamy sobie raczej jako masywną, umysłowo ociężałą, niezdolną do mowy niemal małpę – no powiedzmy owłosionego mięśniaka z blokowiska – to gen mikrocefaliny jest związany z rozwojem ludzkiego mózgu. Skoro zatem wariant zwany „+D” tego genu dawał jakieś benefity w przeciwieństwie do „-D”, a pochodzi od neandertalczyka, to może trzeba zrewidować nasze poglądy na jego umysłowe zdolności. A już z pewnością przesąd, że wymarł, bo był za głupi, by przeżyć, utrzymać się nie da.

Niekoniecznie też, w świetle danych genetycznych, daje się utrzymać hipotezę o wyginięciu. Skoro wkrzyżował w nasz genom 40 procent własnego, a my, poza Afryką subsaharyjską, jesteśmy rodzajem mieszańca, to równie dobrze można powiedzieć, że w Euroazji wyginął nasz przodek, zwany dla niepoznaki człowiekiem współczesnym, jak i neandertalczyk. A przetrwał mieszaniec. I to mieszaniec wielokrotny. Nie ma tu bowiem niestety miejsca, by wspomnieć o człowieku z jaskini Denisowa – kolejnym naszym pomniejszym przodku genetycznym – oraz o jeszcze nieodkopanym, ale odkrytym w naszym genomie, zwłaszcza w populacjach Azji południowo-wschodniej i Oceanii, przodku genetycznym numer 4.

Wzniecał ogień, leczył chorych, grzebał noworodki

Neandertalczyk – czy wiesz to człowieku współczesny? – rozwijał w Europie kulturę najbardziej zaawansowaną, zwłaszcza pod względem „duchowym”, ze wszystkich współczesnych mu ludzkich istot. Znaleziska archeologiczne w stanowiskach określanych jako ślady po kulturze mustierskiej i lewaluaskiej nie pozostawiają wątpliwości, że nie tylko wytwarzał on kamienne, kościane i drewniane narzędzia, ale też zajmował się myślistwem, zbieractwem i potrafił rozniecać ogień.

Niektóre z odkrytych szkieletów neandertalczyków ukazują rozległe, ale zagojone na długo przed śmiercią rany i urazy kostne. Świadczy to o powszechnej w jego grupach opiece nad rannym i chorym dorosłym.

Stosunek do noworodków miewał neandertalczyk rozmaity. Z jednej strony zdarza się znaleźć szkielety porzuconych – ewidentnie nie przyjętych do grupy – noworodków. Z drugiej napotyka się staranne pochówki niemowląt.

To ostatnie nie dotyczyło jedynie zmarłych dzieci. Neandertalczyk praktykował pogrzeb swoich zmarłych i miał ustalone dla niego praktyki rytualno-magiczne. Odkryty płytki nagrobek wewnątrz jednej z francuskich jaskiń może nawet świadczyć o utrwalonej już wierze w życie pozagrobowe, ciało zmarłego bowiem pośmiertnie pokryto barwnikami, a wokoło złożono nie tylko kwiaty, ale i narzędzia oraz pokarm: jaja i mięso.

No i jak od niedawna twierdzi nauka, neandertalczyk był w stanie artykułować dźwięki, czyli mówić – a przynajmniej nie miał przeciw temu żadnych anatomicznych przeszkód. Choć genetycznie był do mowy słabiej predysponowany niż Homo sapiens sapiens. Niedawne badania czaszek neandertalskich wykazały również, że ich właściciele mieli szanse widzieć lepiej od ludzi współczesnych, mając zarówno większe oczodoły, jak i większe obszary mózgu radzące sobie z analizą wrażeń wzrokowych.

Tu zatem dochodzimy do analizy skrzyni neandertalskiego zegara, tej masywnej czaszki, która okrywała jego mózg. Neandertalczyk miał mózg bezwzględnie większy od naszego, bo liczący sobie średnio aż 1,6 litra objętości. Co ciekawe, neandertalskie dzieci miały mózg równie duży, jak dzieci rodzące się dziś. Jednak z wiekiem ich organ rozrastał się dynamiczniej niż nasz.

Oczywiście trzeba porównywać nie tylko mózg z mózgiem, ale też mózg każdego z naszych przodków zobaczyć na tle rozmiarów jego ciała, czyli określić tzw. encefalizację. Okazuje się, że neandertalczyk samiec – na ogół 1,6-1,7 metra liczący i jakieś 70 kilogramów ważący – był zencefalizowany podobnie, jak współcześni mężczyźni.

Tu jednak pojawia się powoli granica tego, co możemy powiedzieć o mechanizmie działania zegara analizując jego skrzynię. Na szczęście (lub nieszczęście) nauka idzie naprzód i powstają nowe technologie, pozwalające zgłębić neandertalski mózg.

Umożliwiają one dziś wyhodowanie na maleńkiej plastikowej szalce minimózgów neandertalczyka. Technologię hodowli tkankowej umożliwiającej powoływanie do życia funkcjonalnych minimózgów ludzkich, a nawet wszczepianie ich do mysich mózgów i obserwowanie tam ich działania i wzrostu, opisałam pokrótce już wcześniej: „Wskrzesili odcięty od ciała mózg”.

Rośnie na tacce mózg wymarłego rodzaju homo…

Były to jednak minimózgi pochodzące z neuronów ludzi współczesnych, żyjących dziś. Aby zrobić Z NICH minimózgi neandertalczyka, trzeba wcześniej zastosować dwie inne super technologie genetyczne.

Jedną z nich jest pozyskiwanie i poznawanie archaicznego DNA, o czym można szczegółowo przeczytać tutaj: „Kiedy Genetix namiesza w Archeo”. Mając zatem dokładne archaiczne sekwencje, znane dzięki analizie DNA zawartego w kopalnych pozostałościach kostnych po naszych przodkach, można stosowne geny, w których się od neandertalczyka różnimy, po prostu zmienić na warianty neandertalskie jakąś cudowną machiną. I nie będzie to wehikuł czasu.

W naszej zegarowej analogii, poznanie neandertalskich genów określa, jak wielkie, ciężkie, gęsto uzębione i koliste lub elipsoidalne były kółka zębate, którymi zegar neandertalskiego mózgu się posługiwał. Potrzebujemy jeszcze maszyny, która poprzycina i doszlifuje kółka dostępne obecnie na rynku do owych rozmiarów neandertalskich. Taka maszyna genetyczna nazywa się CRISPR/Cas9.

Nie wchodząc w szczegóły techniczne tej metody, powstałej dzięki odwiecznej naturalnej walce bakterii z atakującymi je wirusami, trzeba jednak ją właśnie uznać za źródło największych sukcesów genetyki molekularnej i biotechnologii ostatniej dekady. Wykorzystuje się tę technologię do celowego modyfikowania DNA (np. całego genomu) w precyzyjnie dobranych miejscach. Metoda CRISPR/Cas9 ma zastosowanie w modyfikowaniu wszelkich żywych istot, które mają genom oparty o DNA, a nie tylko człowieka. Jej moc jest zatem olbrzymia.

W przypadku hodowania neandertalskich mózgów, najpierw system CRISPR dosłownie siada na precyzyjnie wybranej, jednej z miliarda krótkich sekwencji DNA w genomie człowieka obecnym w ludzkiej komórce nerwowej, najlepiej takiej, która później rozwija się w korę mózgową. Potem enzym zdolny przeciąć DNA – wspomniany Cas9 – czyni swoją powinność w najbliższym sąsiedztwie. Sama komórka będzie bronić swojego DNA przed takim cięciem-gięciem, więc jej własne mechanizmy naprawcze z dużym prawdopodobieństwem „zakleją” powstałą uprzednio przerwę w DNA, dostarczonym wraz z całą tą maszynerią kawałkiem DNA dokładnie takim, jakby był neandertalski. Voila, c’est-ca! Rośnie nam na szalce w jakimś aspekcie neandertalski mikro-mózg, neandertalski organoid. Można go teraz wszczepić myszy czy małpie i patrzeć, co będzie.

Jak twierdzą sceptyczni neurobiolodzy, nic nie będzie. Bo w sumie nie wiadomo, które różnice genetyczne między nami a neandertalczykiem mają znaczenie dla funkcjonowania mózgu, a wszystkich naraz wprowadzić się do tego samego neuronu nie da. Aczkolwiek dla samego studiowania, które zmiany lub zespoły zmian genetycznych mogą mieć wpływ na rozwój i działanie mózgu, rzecz wydaje się pomysłowa i może okazać się skuteczna.

Nikt tego jeszcze nie opublikował. O swoich bardzo wstępnych wynikach ich autor, Alysson Muotri ze Szkoły Medycznej Uniwersytetu Kalifornijskiego w San Diego (UCSD), opowiedział w czerwcu na wewnątrzuniwersyteckiej konferencji naukowej. W porównaniu z minimózgami pochodzącymi z komórek ludzi nam współczesnych, organoidy „neandertalskie” różnią się kształtem i tworzonymi sieciami neuronalnymi. Przypominają popcorn, gdy organoidy ludzkie są kuliste.

Nope. Neanderthal minibrains were not grown. Just like mice with a human gene are not suddenly human. https://t.co/iUX7zIx81i

— Madeline Lancaster (@MinibrainLab) 20 czerwca 2018

Neandertalsko-zmienione neurony tworzą również znacznie mniej połączeń synaptycznych pomiędzy sobą, niż czynią to nasze neurony podczas wzrostu minimózgu na szalce w laboratorium. Autorzy badań zauważyli także, że w jakiś ogólny sposób sieć neuronalna tworzona przez neurony ludzkie zmienione genetycznie w częściowo neandertalskie, przypomina to, co obserwowane jest klinicznie u niektórych osób cierpiących na autyzm. Nie chodzi tu o porównywanie autystów do neandertalczyków, tylko o płynącą z tego obrazu sugestię, że neandertalczyk mógł wykazywać pewne problemy społeczne.

No cóż… ja bym chciała jednak najpierw zobaczyć publikację i kontrole, które zostały zastosowane w całej tej procedurze „transformacji” neuronów ludzi współczesnych w te „neurony neandertalskie”. Na ile same manipulacje neuronami powodują w nich zmiany i uszkodzenia. Ważne jest, by skontrolować, co się dzieje, gdy wprowadzamy sekwencje DNA myszy – albo neandertalskie mutacje w genach z pewnością nie związanych z mózgiem lub nie mające wpływu na działanie białek, tzw. mutacje milczące.

Prof. Moutri zaś, z młodzieńczym zapałem podsumował dostrzegane przez siebie różnice: „My tu próbujemy odtworzyć UMYSŁ neandertalczyka”.

– Magdalena Kawalec-Segond,
biolog molekularny i mikrobiolog, współautorka „Słownika bakterii”

TYGODNIK TVP, ul. Woronicza 17, 00-999 Warszawa. Redakcja i autorzy