hirsh_ben_arie (idelsong) wrote,
hirsh_ben_arie
idelsong

Category:

Речь и FoxP2

Этот сюжет начался в 1990 г. За это время он претерпел много неожиданных и поучительных поворотов и реинкарнаций.

В 1990 г. описали разветвленную английскую семью, у многих членов которой был странный генетический дефект. Несмотря на нормальный интеллект и нормальный слух, они испытывали трудности в каких-то тонких вещах, связанных с обучением и воспроизведением речи. В школе они обычно отставали, и их записывали в аутистов, и заняло много лет, пока поняли, что их дефект не имеет отношения к аутизму. Тем не менее они были достаточно социально адаптированы, чтобы работать, жениться и иметь детей: генетики смогли исследовать три поколения и убедиться, что дефект носит генетический характер и, судя по всему, связан с одним определенным геном.

В 2001 г. этот ген смогли идентифицировать [1]. Это оказался ген фактора транскрипции под названием FoxP2. Название не сильно проясняет понимание. Факторы транскрипции - это белки, садящиеся на определенный участок ДНК и управляющие экспрессией генов, содержащих такой участок. А слово Fox означает, что этот белок принадлежит к семейству из >40 таких белков с похожей структурой,  напоминающей двурогую вилку (forkhead), надевающуюся на ДНК. Очень скоро выяснилось, что ген FoxP2 не имеет никакого отношения к аутизму, и что из 270 детей с дефектами развития речи ни у кого не оказалось мутации в этом гене. Английское семейство оказалось уникальным.

Но их уникальный дефект действительно как-то связан с обучением речи и способностью ее воспроизвести. При решении речевых задач у здоровых людей активен участок коры головного мозга, называемый область Брока. Считается, что он отвечает за синтаксический анализ речи, происходящий в реальном времени. А у членов семейства с дефектом задействованы многие другие участки мозга, но область брока задействована мало.

Трудности, которые испытывают члены семейства, тем сильнее, чем длиннее слово, которое надо воспроизвести (речь идет об английском языке). Они почти не испытывают трудностей с воспроизведением двухсложного слова, но дальше, чем сильнее и сильнее, тем больше они затрудняются (см. ниже картинку из [7]).

Foxp2

Белок FoxP2 очень консервативен. Его последовательность из 715 аминокислот идентична у макаки, гориллы и шимпанзе. Есть только одна замена между шимпанзе и мышью, одна - между шимпанзе и орангутангом. Но у человека есть целых 2 замены по сравнению с шимпанзе. Причем обе они - в таких аминокислотах, которые идентичны у всех.

Параллельно посмотрели некодирующие части гена и обнаружили в нем следы относительно недавнего увеличения доли редкого аллеля в популяции. То есть - отбора. Попробовали оценить время, когда это было - пришли к оценке 100-200 тыс. лет назад.

Таким образом, ген:

1. Как-то связан со способностью обучаться речи.

2. Отличается у человека и шимпанзе

3. 100-200 тыс. лет назад был предметом положительного отбора.

Воодушевление охватило мировое научное сообщество. В то время было принято считать, что неандертальцы уступали современным людям именно в способности к грамматической речи, и именно потому, несмотря на больший размер мозга, были вытеснены. И вот, как будто в подтверждение этого, нашли ген, по всем параметрам подходящий на роль последнего удара в истории современного человека. Но, когда научились выделять ДНК из неандертальских костей, ученых ждало некоторое разочарование: белок устроен у неандертальцев в точности так же, как у современных людей [2].

Помимо людей, есть много животных со звуковой коммуникацией. В первую очередь это певчие птицы.Есть такие популярные домашние певчие птички - зебровые амадины.

Zebra-Finch

Они замечательны вот чем: в период полового созревания их самцы начинают учиться петь. Как правило, у каждой птицы своя уникальная мелодия, которой она обучается от отца, с небольшими вариациями. Соответственно, есть короткий период, в который они открыты и способны к обучению. Затем песня фиксируется, и взрослый самец уже больше не способен к обучению и перемене песни. Так вот, FoxP2 сильно экспрессируется у амадин в определенном отделе мозга, называемом Area X, вроде бы отвечающем за обучение. Эта экспессия сезонная: в период созревания, когда они легко обучаются, экспрессируется много FoxP2, а когда обучаемость пропадает - снижается и экспрессия [3]. Если воспрепятствовать экспрессии FoxP2 с помощью интерферируещей РНК, то птички будут неполно или неточно воспроизводить мелодию [4].

Другая группа животных, которой важно обучаться какой-то обработке звуковой информации - это летучие мыши, ориентирующиеся при помощи эхолокации. Оказывается, что FoxP2, очень консервативный у всех остальных, у летучих мышей очень вариабелен, причем именно в том участке белка, где находятся две замены у человека [5]. Летучая мышь Hipposideros armiger (Гималайский листонос) ориентируется с помощью высокочастотной эхолокации, причем при полете она меняет частоту ультразвука, чтобы компенсировать эффект Доплера. Вроде бы, если у нее убрать FoxP2 с помощью интерферируещей РНК, она теряет способность подстраивать частоту ультразвука [6].Тоже очень сложное обучение обработки звуковой информации.

armig1%20H_%20armiger

История отнюдь не закончена, но, похоже, можно сделать следующие промежуточные выводы:

  1. Похоже, что у многих млекопитающих и птиц ген имеет отношение к обучению обработке сложной звуковой информации.


  1. Если верно, что две аминокислотные замены у человека - действительно следствие отбора в этом направлении, придется признать, что неандеральцы умели разговаривать не хуже нас.


  1. Lai C. S., et al. (2001). A forkhead-domain gene is mutated in a severe speech and language disorder. Nature 413: 519–523

  2. Krause J, et al. (2007) The derived FOXP2 variant of modern humans was shared with Neandertals.Curr Biol. 17:1908-1

  3. Haesler S, et al. (2004) FoxP2 expression in avian vocal learners and non-learners.J Neurosci. 24:3164-75.

  4. Haesler S, et al. (2007) Incomplete and inaccurate vocal imitation after knockdown of FoxP2 in songbird basal ganglia nucleus Area X.PLoS Biol. 5:e321.

  5. Li G., et al. (2007). Accelerated FoxP2 evolution in echolocating bats. PLoS ONE 2:e900

  6. Jones, G, et al. (2013) From the ultrasonic to the infrared: molecular evolution and the sensory biology of bats Front Physiol. 4: 117.

  7. Fisher, S.E. and Marcus, G.F. (2005) The eloquent ape: genes, brains and the evolution of language Nat Rev gene 7: 9–20




Tags: чуть-чуть биологии
Subscribe

  • (no subject)

  • (no subject)

    Есть такой советский фильм "Верные друзья" (1954). Вроде там и артисты хорошие, и сценарий, между прочим, Галича, и песенки неплохие, но…

  • (no subject)

    Была в довоенной Варшаве такая группа - Хор Дана. Лычаковское танго. Лычаков, как сообщает Википедия, предместье Львова, где до войны процветала…

  • Post a new comment

    Error

    default userpic

    Your reply will be screened

    When you submit the form an invisible reCAPTCHA check will be performed.
    You must follow the Privacy Policy and Google Terms of use.
  • 13 comments

  • (no subject)

  • (no subject)

    Есть такой советский фильм "Верные друзья" (1954). Вроде там и артисты хорошие, и сценарий, между прочим, Галича, и песенки неплохие, но…

  • (no subject)

    Была в довоенной Варшаве такая группа - Хор Дана. Лычаковское танго. Лычаков, как сообщает Википедия, предместье Львова, где до войны процветала…