什麼使現代人類大腦區別於尼安德特人等已滅絕的近親？ 加州大學聖地牙哥分校醫學院與國際研究團隊的一項新研究揭示，古代人科動物——包括早期人類和類人猿——暴露於鉛污染的時間比先前認為的更早，早在現代人類開始開採鉛金屬的兩百萬年前。 這種暴露可能塑造了人科動物大腦的進化，限制了除現代人類外所有物種的語言和社會發展，因為只有我們攜帶一種保護性基因變體。 該研究於2025年10月15日發表在《科學進展》雜誌上。
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研究團隊分析了來自非洲、亞洲和歐洲的51名人科動物化石牙齒，包括現代人類、尼安德特人等古老人類、南方古猿（Australopithecus africanus）等人類祖先，以及步氏巨猿（Gigantopithecus blacki）等已滅絕類人猿。 研究發現73%的樣本含有鉛，其中現代和古老人類樣本的鉛檢出率達71%。 值得注意的是，距今180萬年的步氏巨猿化石顯示出最頻繁的急性鉛暴露。
長期以來，人們認為人類接觸有害鉛污染始於古代羅馬時期（當時使用鉛管輸送飲用水），並在工業革命期間顯著加劇，直到20世紀後期才得到控制。 “當我們意識到鉛的毒性後就停止了日常使用，但從未有人研究過史前時期的鉛暴露情況，”通訊作者、加州大學聖地牙哥分校醫學院兒科與細胞分子醫學教授阿利松·穆奧特裡博士表示，他同時擔任考古中心副主任和桑福德集成空間幹細胞軌道研究中心主任。
令人驚訝的是，20世紀40至70年代出生人群的牙齒（當時兒童暴露於含鉛汽油和油漆中）顯示出與化石人類牙齒相似的鉛暴露模式。
研究團隊推測，如同羅馬人，古代人類和其他人科動物可能因對水源的需求而暴露於鉛污染中。 “一種可能性是他們尋找洞穴內流動水源，”穆奧特裡解釋道，“洞穴含有鉛，因此全部受到污染。 根據牙釉質研究，這種暴露從嬰兒早期就開始了。 ”
鉛暴露會阻礙大腦發育，導致智力缺陷和情緒調節困難。 鑒於這些發現，穆奧特裡及其團隊開始探究：在人類進化過程中持續暴露於鉛的環境下，現代人類大腦為何仍能蓬勃發展。
微小的基因變化
一種名為神經腫瘤腹側
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大多數現代人類攜帶的NOVA1基因變體與尼安德特人攜帶的祖先版本僅有一個DNA鹼基對的差異。 穆奧特裡先前的研究表明，將人類NOVA1變體替換為古老變體后，會導致人類大腦類器官（幹細胞衍生的微型腦模型）的結構和突觸連接發生顯著變化。
“除該基因變體外，類器官完全相同，這使我們能夠探究我們與尼安德特人之間的特定突變是否賦予我們優勢，”穆奧特裡指出。 古老變體加速了大腦成熟，但長期導致複雜性降低。 “如果全球所有人類都攜帶這種新突變，說明我們的物種必定經歷了強大的自然選擇壓力。”
為探究環境鉛暴露是否影響了這一選擇過程，研究團隊創建了攜帶人類和古老NOVA1變體的腦類器官並進行鉛暴露實驗，隨後比較了皮層和丘腦神經元的發育情況。 鉛暴露改變了兩種變體的NOVA1表達，影響了與自閉症和癲癇等神經發育障礙相關的基因。
然而，只有古老NOVA1變體改變了FOXP2的表達——這種基因對語言和言語發展至關重要。 攜帶特定FOXP2突變的人無法產生複雜語言。
“與複雜語言相關的這類神經元在古老NOVA1版本中易受損傷，”穆奧特裡解釋道，“FOXP2基因在我們與尼安德特人之間是相同的，但NOVA1對基因的調控方式差異可能導致了語言能力的不同。 ”
進化意義
“因為我們擁有語言，才能組織社會、交流思想並協調大規模行動。 沒有證據表明尼安德特人具備這種能力。 “
— 阿利松·穆奧特裡博士
研究結果表明，獲得現代NOVA1變體可能使我們免受鉛的有害影響，促進複雜語言發展和社會凝聚力。 即使在鉛污染環境中，這可能也為現代人類提供了相對於尼安德特人的顯著進化優勢。
穆奧特裡認為，這些發現對理解環境壓力如何塑造人類大腦進化具有重要意義。 他推測鉛暴露可能促成了約4萬年前尼安德特人的滅絕。
“語言是如此重要的優勢，它具有變革性，是我們的超能力，”穆奧特裡強調，“因為我們擁有語言，才能組織社會、交流思想並協調大規模行動。 沒有證據表明尼安德特人具備這種能力。 他們可能擁有抽象思維，但無法相互傳達。 原因或許在於他們從未發展出像我們複雜語言這樣高效的交流系統。 ”
理解NOVA1基因變體如何影響FOXP2表達，有助於闡明鉛污染與大腦發育之間的關係，同時也為言語失用症（一種難以正確發出語音的疾病）和自閉症等與語言相關的神經疾病提供了新見解。
該研究由加州大學聖地牙哥分校的雅奈娜·塞納·德索薩、桑德拉· M·桑切斯-桑切斯、何塞·奧維多; 南十字星大學的瑪麗安·貝利和馬修·通吉; 南十字星大學與約翰尼斯堡大學的雷諾·讓納-博約; 約翰尼斯堡大學與莫納什大學的賈斯汀· W·亞當斯; 西奈山伊坎醫學院的克裡斯汀·奧斯丁、馬尼什·阿羅拉; 麥考瑞大學的基拉·韋斯塔韋; 弗林德斯大學與劍橋大學的伊恩·莫法特; 廣西人類學博物館的王偉和廖偉; 古脊椎動物與古人類研究所的張 Yingqi; 莫納什大學與歌德大學的盧卡·菲奧倫齊婭; 法國國家自然歷史博物館的瑪麗-埃萊娜·蒙塞爾; 亞利桑那州立大學的加里· T·施瓦茨; 巴拉那天主教大學的路易士·佩德羅·佩特羅斯基和羅伯托· H·埃賴; 亞利桑那大學的何塞·奧維多; 以及哈佛大學陳曾熙公共衛生學院的貝爾納多·萊莫斯共同完成。
研究部分由美國國立衛生研究院（專案編號R01 ES027981、P30ES023515、R01ES026033）、澳大利亞研究委員會（專案編號DP170101597）、美國國家科學基金會（項目編號BCS 0962564）以及利基基金會資助。
披露聲明：穆奧特裡是TISMOO公司的聯合創始人並持有該公司股權，該公司專注於基因分析和人類腦類器官發生。 該安排的條款已根據加州大學聖地牙哥分校的利益衝突政策進行審查和批准。
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