Kan dat dan helpen verklaren waarom de Neanderthalers uitstierven, terwijl de moderne mensen (nog altijd) prima gedijen?

Als je kijkt naar het brein van moderne mensen en Neanderthalers dan moet je concluderen dat daar in ieder geval qua omvang weinig verschil tussen zit; het ene brein is niet veel groter dan het andere. Maar veel lastiger is het om conclusies te trekken omtrent wat zich daar in die hersenen afspeelde en in hoeverre dat daar opmerkelijke verschillen tussen te vinden zijn. Zo weten we bijvoorbeeld niet of er in de hersengebieden van Neanderthalers en moderne mensen – die zich qua omvang dus goed met elkaar kunnen meten – ook evenveel neuronen te vinden waren. In een nieuwe studie – verschenen in het blad Science – denken onderzoekers daar nu echter toch iets meer over te kunnen zeggen. En hun bevindingen wijzen er sterk op dat moderne mensen – in ieder geval in één specifiek hersengebied – meer neuronen genereerden dan Neanderthalers.

Neocortex
In het nieuwe onderzoek staat de neocortex centraal: een deel van het brein dat bij moderne mensen ongeveer net zo groot is als bij Neanderthalers en dat betrokken is bij hogere cognitieve functies, zoals bijvoorbeeld de zintuigelijke waarneming, redeneren en abstract denken. En de onderzoekers richtten zich daarbij specifiek op een eiwit dat zowel bij Neanderthalers als moderne mensen in de neocortex voorkomt. Het gaat dan om het eiwit TKTL1. Onderzoek heeft uitgewezen dat dit eiwit vooral actief is in het brein van moderne mensen op het moment dat zij zich nog in de baarmoeder bevinden en dus volop in ontwikkeling zijn. Het eiwit bevindt zich dan met name in zogenoemde voorlopercellen die zich uiteindelijk ontwikkelen tot zenuwcellen.

Bouwstenen
TKTL1 is opgebouwd uit bouwstenen: aminozuren genoemd. En wanneer je daar op inzoomt, valt al snel op dat het TKTL1-eiwit bij Neanderthalers vrijwel identiek is aan het TKTL1-eiwit bij moderne mensen. Vrijwel, want één bouwsteen of aminozuur is anders. Zo hebben moderne mensen op de plek waar hun TKTL1-eiwit afwijkt van dat van Neanderthalers het aminozuur arginine zitten, terwijl Neanderthalers op dezelfde plek het aminozuur lysine hebben zitten.

Experiment
Een klein verschil, maar dat heeft wel een grote uitwerking, zo tonen onderzoekers aan. Ze namen daartoe een TKTL1-eiwit van een moderne mens en pasten het zodanig aan dat het overeenkwam met een TKTL1-eiwit van een Neanderthaler. Vervolgens plaatsten ze het in de neocortex van muizenembryo’s. Bij een aantal andere muizenembryo’s werd ondertussen het TKTL1-eiwit van moderne mensen aangebracht. Het experiment wees uit dat de muizen die het TKTL1-eiwit van moderne mensen ontvingen, meer voorlopers van zenuwcellen en uiteindelijk dus ook meer zenuwcellen in de neocortex genereerden.

Organoïden
De vraag of het eiwit hetzelfde effect heeft op menselijke hersenen, verkenden onderzoeker smet behulp van organoïden: mini-hersenen die in het lab opgekweekt worden met behulp van menselijke stamcellen en verschillende aspecten van de vroege hersenontwikkeling nabootsen. Deze organoïden herbergen ook het TKTL1-eiwit. En voor het experiment werd het TKTL1-eiwit
in een aantal organoïden zo aangepast dat het overeenkwam met dat van Neanderthalers. “We ontdekten dat er met het Neanderthalerachtige type aminozuur in TKTL1 minder voorlopercellen van zenuwcellen en dus ook minder zenuwcellen werden geproduceerd dan met het aminozuur dat we bij moderne mensen in TKTL1 zien,” aldus onderzoeker Anneline Pinson. “Dat laat ons zien dat – hoewel we niet weten hoeveel neuronen het Neanderthalerbrein had – we wel mogen aannemen dat moderne mensen meer neuronen in hun frontale kwab herbergen (…) dan Neanderthalers.”

Verrassend
Het is verrassend, vindt onderzoeker Wieland Huttner. “In eerste instantie was het zeker een verrassing om te zien dat één enkele verandering van een aminozuur zo’n groot verschil maakte,” vertelt hij aan Scientias.nl. “Daarom hebben we ook meerdere modellen gebruikt (om de bevindingen te bevestigen, red.).” En al die modellen schetsen dus hetzelfde beeld. “Gebaseerd op deze resultaten kun je aannemen dat de productie van neuronen in de neocortex tijdens de ontwikkeling van de foetus hoger ligt bij moderne mensen dan bij Neanderthalers.”

Voordeel?
Het is een interessante bevinding. Zeker in het licht van die vraag die wetenschappers al jarenlang bezighoudt: waarom zijn de Neanderthalers uitgestorven en hebben de moderne mensen – die nog een tijdje zij-aan-zij met de Neanderthalers hebben geleefd – het wel gered? Sommige onderzoekers vermoeden dat moderne mensen cognitief gezien toch net een streepje voor hadden op Neanderthalers. Het is echter nog te vroeg om deze studie van Huttner en collega’s daarvoor als bewijs op te voeren. “Meer neuronen kan een voordeel zijn geweest,” stelt Pinson in gesprek met Scientias.nl. “Maar dat is niet altijd het geval. Zo is het bijvoorbeeld ook belangrijk dat ze goed met elkaar verbonden zijn.”

De onderzoekers kunnen op basis van hun studie dan ook niet concluderen dat wij met die extra neuronen veel intelligenter of cognitief vaardiger zijn dan de Neanderthalers waren. Maar: “Het is best aannemelijk dat dit (de extra neuronen, red.) de cognitieve vaardigheden van moderne mensen – die allemaal hun oorsprong vinden in de frontale kwab – bevorderde,” stelt Huttner.

Meer onderzoek naar verschillen tussen de hersenfunctie van mensen en Neanderthalers is dan ook hard nodig. Of dat kan helpen om eindelijk te achterhalen waarom de Neanderthalers uitstierven en onze voorouders in dezelfde tijd juist gedijden? Pinson is optimistisch; ze denkt dat het antwoord op die vraag wellicht in het brein van beide mensachtigen te vinden is. Ze verwacht echter niet dat we straks één aminozuur of één gen kunnen aanwijzen dat hét verschil heeft gemaakt; het lijkt aannemelijker dat het uiteindelijk een combinatie van factoren is. Zo wijst ze erop dat er meer eiwitten bekend zijn waar zowel Neanderthalers als moderne mensen over beschikken, maar die qua bouwstenen net iets afwijken. “En samen kunnen ze wellicht het één en ander verklaren.”