Hirnorganoide stärken Argument für die Einzigartigkeit des Menschen

Mel Brooks Horror-Komödie Frankenstein Junior ist einer meiner absoluten Lieblingsfilme.

Meine Lieblingsszene im Film ist vielleicht die, wo Igor (immer falsch EI-gor ausgesprochen)—brillant von Marty Feldman gespielt—erzählt Dr. Frankenstein, dass er (Igor) dem Doctor ein Hirn von jemandem namens Abby Normal fürs Transplantieren in den Schädel des Monsters gegeben hat.

Hier ist der Dialog aus dieser Szene:

Dr. Frankenstein: Igor könntest du mir bitte sagen, wessen Hirn ich transplantiert habe?
Igor: Und Sie werden nicht böse werden?
Dr. Frankenstein: Ich werde nicht böse werden.
Igor: Abby . . . jemand.
Dr. Frankenstein: Abby jemand. Abby wer?
Igor: Abby . . . Normal.
Dr. Frankenstein: Abby Normal?
Igor: Ich bin beinah absolut sicher, dass dies der Name war.
Dr. Frankenstein: Sagst du mir, dass ich ein abnormales Hirn in den Körper von einem zwei-un-halb-Meter-großen, 75-Centimeter-breiten Gorilla transplantiert habe?! Sagst Du mir das?

Humor beiseite hat ein von Neurowissenschaftler Alysson Muotri geleitetes großes Team von Mitarbeiter von der University of California San Diego ein bahnbrechendes Studium durchgeführt, das in die Annalen der Horrorfiktion gut reinpasst. Sie haben im Labor Hirnorganoiden (Organanalogen) aus Zellen gezüchtet, die genetisch modifizierte worden waren, so dass sie die Neandertaler-Version desNOVA 1Gens hatten und dadurch “neandertalisierte” Minihirne erzeugten.1

Die Forscher hegten keinen wahnsinnigen Absichten. Das Team hat diese Experimente durchgeführt, um festzustellen, ob es Unterschiede in der Hirnstruktur und Entwicklung (und daher Kognition) zwischen Neandertaler und modernen Menschen gab. Das Ziel war, das, was die Arten trennt, zu verstehen. Diese bahnbrechende Arbeit ist relevant mit Bezug auf die Frage der Einzigartigkeit des Menschen und hat daher bedeutende Folgen für das von RTB entwickelte Modell vom Ursprung des Menschen.

Hirnorganoiden
Hirn- oder Zerebralorganoiden sind drei-dimensionale Zellkulturen, die man sehr locker als “Mini-Hirne” beschreiben kann. Hirnorganoiden werden aus pluripotenten Stammzellen gezüchtet, die man dazu bringt, sich in die unterschiedlichen Zellenarten des Nervensystems zu entwickeln, indem man die kultivierten Zellen einer Vielfalt von unterschiedlichen Wachstumsfaktoren aussetzt. Laborarbeiter könne die Zellkulturen dazu bringen, in drei Dimensionen zu wachsen, in dem sie die in einem rotierenden Bioreaktor züchten. Man braucht viele Monaten um solche Kulturen zu züchten und entwickeln. Weil die kultivierten Zellen kein Blutversorgung haben, ist ihre Größe auf 3 bis 5 mm begrenzt. Hirnorganoiden können abhängig von den Wachstumsbedingungen sich in Strukturen entwickeln, die der Hirnrinde, dem Plexus choroideus, der Netzhaut, der Hirnhaut oder dem Hippocampus ähnlich sind. Als die Hirnorganoiden wachsen und entwickeln, nehmen die Architektur, Anzahl der Zellenschichten, und Zellenvielfalt durch die Zeit zu.

Bild: Ein Verfahren fürs Züchten von Hirnorganoiden
Bildnachweis: Wikipedia

Hirnorganoiden haben sich schon als nutzvolles Werkzeug für Forscher erwiesen, besonders für die, die Hirnwachstum und Hirnentwicklung, neurologische Störungen und Drogenentwicklung studieren. Die Arbeit von Muotris Forschungsteam kann dieser Liste hinzugefügt werden. Sie haben diese “Minihirne” benutzt, um den Einfluss, der das NOVA1 Gen auf Hirnwachstum und Hirnentwicklung in modernen Menschen und Neandertaler und Denisovaner zu vergleichen.

Das NOVA1 Gen
Das Forschungsteam entschied sich, ihr Fokus auf den Einfluss des NOVA1 Gens zu legen, weil, wenn sie die Genome des modernen Menschen mit denen von Neandertaler und Denisovaner verglichen haben, lernten sie, dass die NOVA1 Gen-Variante, die in modernen Menschen gefunden wird, sich stark von der Version des Gens in den Genomen der Neandertaler und Denisovaner gefunden wird, unterscheidet.

Dieser Unterschied ist faszinierend, weil NOVA1 ein Meisterregler ist, der die Expression anderer Gene beeinflusst, die dann Hirnentwicklung durch einen Mechanismus namens alternatives Spleißen beeinflussen. NOVA1 spielt eine Rolle in Synapsenbildung und Mutationen des Gens unterliegen dem Verdacht, an neurologischen Krankheiten beteiligt zu sein.

Der genetische Unterschied allein reicht für den Schluss, dass das Hirn und womöglich die Kognition von modernen Menschen sich von denen der Neandertaler und Denisovaner unterschieden hat. Die Forscher sind aber einen Schritt weiter gegangen, in dem sie diese “neandertalisierten” Hirnorganoiden geschaffen und die mit der Anatomie und Physiologie des modernen Menschen verglichen haben.

Der Vergleich von Hirnorganoiden der modernen Menschen und Neandertalern
Um diese neandertalisierten Hirnorganoiden zu erzeugen haben die Forscher die CRISPR Gen-Editierung Technologie benutzt, um das GenNOVA1 vom modernen Menschen in Menschen-induzierten pluripotenten Stammzellen in die Neandertal/Denisovaner-Version umzuwandeln. Sie haben wiederum diese gentechnisch-veränderten, induzierten, pluripotenten Stammzellen benutzt, um diese Hirnorganoiden zu züchten.

Das Team merkte signifikante Unterschiede zwischen den Hirnorganoiden des modernen Menschen und den neandertalisierten Organoiden. Die Hirnorganoiden des modernen Menschen waren größer, glatter und sphärischer als die neandertalisierten Hirnorganoiden. Die neandertalisierten Zellkulturen zeigten grober, komplexere Oberflächen. Zellproliferation war langsamer in den neandertalisierten Hirnorganoiden als in den Pendanten von den modernen Menschen. Die neandertalisierten Hirnorganoiden hatten auch eine größere Anzahl von apoptotischen Zellen.

Das Genexpressionsprofile von den zwei Hirnorganoidenarten waren unterschiedlich, wenn sie mit 1 Monat und 2 Monaten charakterisiert wurden. Diese Unterschiede betrafen Gene, die bekanntlich eine Rolle in neurale Entwicklung spielen. Die Neuronen der zwei Hirnorganoiden zeigten auch Unterschiede im Profil der synaptischen Proteine.

In der Deutung dieser Befunde ist vorsichtig sicher geboten. Dennoch deuten sie darauf hin, dass die Hirne der modernen Menschen und der Neandertaler sich sehr unterschiedlich entwickelten und signifikant andersartige strukturelle Eigenschaften gehabt, die wahrscheinlich ihre kognitiven Fähigkeiten gestaltet haben.

Konvergente Studien
Diese Befunde sind nicht isoliert. Andere Studien haben genetische Unterschiede zwischen modernen Menschen und Neandertalern identifiziert, die Hirnwachstum und Hirnentwicklung und wiederum die kognitiven Kapazitäten beeinflussen würden. Zum Beispiel: Genom-umfassende Vergleiche der Genome der neandertaler und modernen menschlichen Genome haben unterschiedliche Versionen der Gene identifiziert, die eine Rolle in Schädelmorphologie (Gestalt, Form) und kognitive Entwicklung spielen.2

Molekulare Anthropologen haben auch den Schluss gezogen, dass es Unterschiede in Genexpression in den Genomen von Neandertalern und modernen Menschen für (1) kodierende Regionen, die in neurologischen und neuropsychiatrischen Störungen in modernen Menschen verwickelt sind, und (2) Gene, die eine Rolle in der Entwicklung des Gesichts und Vokaltrakts spielen.3

Diese beobachteten genetischen Unterschiede helfen, die Unterschiede in der Hirngestalt auf Grund von Unterschieden in der Anatomie des Schädels und des Gesichts zu erklären, die man in modernen Menschen und Neandertaler sieht. Es stellt sich heraus, dass die Gestalt vom Schädel des modernen Menschen außergewöhnlich und unverwechselbar ist, wenn mit den Schädeln von Hominiden wie Neandertaler verglichen. Die Schädelgestalt von früheren Hominiden war länger entlang der anterior-posterior-Achse. Aber die Gestalt des Schädels des modernen Menschen ist kugelförmig mit parietalen und vergrößerten Zerebral- und Großhirnbereichen. Der moderne menschliche Schädel hat noch ein ausgeprägtes Merkmal: das Gesicht ist zurückgezogen und verhältnismäßig klein. Der Unterschied in der Schädelgestalt beeinflusst die Gestalt des modernen menschlichen Hirnes und die verhältnismäßigen Größen der unterschiedlichen Hirnregionen. Viele Anthropologen glauben, dass diese anatomischen Merkmale helfen, die höheren kognitiven Fähigkeiten des modernen Menschen zu erklären. Zum Beispiel: Der Parietallappen des Hirnes ist verantwortlich für:

  • Wahrnehmung der Stimuli
  • Sensorimotortransformation (diese spielt eine Rolle in Planung)
  • Visuospatialintegration (gibt uns die Hand-Auge-Koordination, die Kunst ermöglich)
  • Visuelle Symbolik
  • Arbeitsgedächtnis und Langzeitgedächtnis

Die Vergleiche von Hirnorganoiden erklären auch die Unterschiede in Wachstum und Entwicklung vom Schädel und Gesicht der Neandertaler und modernen Menschen. Zum Beispiel, ein Team von Paläoanthropologen vom Max-Plank-Institut für evolutionäre Anthropologie in Deutschland stellte fest, dass in der Entwicklung der Neandertaler von der Geburt bis zum Erwachsensein die Schädel nie eine Phase der “globularization” durchläuft.4Dagegen wird der Schädel des modernen Menschen mit der Geburt in die Länge gestreckt, wie in Neugeborenen der Neandertaler. Aber im Laufe des ersten Lebensjahres nimmt der Schädel eines modernen Menschen seine kugelförmige Gestalt an. Dieses Ergebnis zeigt, dass Hirnwachstum und Entwicklung einer anderen Kurve in Neandertaler und modernen Menschen folgt.

Eine Konvergenz von Beweis weist darauf hin, dass es signifikante kognitive Unterschiede zwischen modernen Menschen und Neandertalern existieren. Dies unterstützt einen emergenten Konsens unter Anthropologen, dass Menschen außergewöhnlich sind.

Einzigartigkeit des Menschen
Obwohl die Behauptung, dass der Mensch einzigartig ist, in gewissen Kreisen unpopulär geworden ist, zeigt genügender Beweis, dass moderne Menschen völlig anders sind, von allen noch vorhandenen Lebewesen (wie die Menschenaffen) und ausgestorbenen Lebewesen (wie Neandertalern). Diejenigen, die für die Einzigartigkeit des Menschen argumentieren glauben, dass sie aus einer einzigartigen Kombination von vier Eigenschaften entsteht:

  • Die Fähigkeit, die Welt und abstrakte Ideen durch Symbole darzustellen
  • Eine Fähigkeit, Symbole offen zu Manipulieren
  • Theory of Mind (Nativtheorie)
  • Eine Fähigkeit, komplexe, hierarchische Sozialstrukturen aufzubauen

Die rationale Schlussfolgerung hier ist, dass diese einzigartige Kombination von Verhaltensmuster und kognitiven Fähigkeiten aus den einzigartigen Merkmalen der Anatomie und Entwicklung des modernen menschlichen Hirns entstanden sind. Diese Merkmale sind durch einzigartige Versionen der Gene unterstützt, die sowohl für die kraniofazialen Besonderheiten und einzigartigen Genexpressionsmuster als auch für unsere Neuroanatomie und Physiologie verantwortlich sind.

Für Anhänger einer christlichen Weltanschauung stimmt das Argument für die Einzigartigkeit des Menschen mit der biblischen Anschauung überein, dass Menschen allein die Träger von Gottes Ebenbild sind. Daher kann die Einzigartigkeit des Menschen als wissenschaftliche Unterstützung für die biblische Perspektive an menschliche Natur und Identität aufgeführt werden.

Moderne Menschen, Neandertaler und das RTB-Modell vom Ursprung des Menschen
RTBs Modell vom Ursprung des Menschen behauptet, dass Menschen nach Gottes Ebenbild geschaffen wurden und sucht wissenschaftlichen Beweis dafür. Aber das RTBs Modell versucht, aus einem biblischen Standpunkt Rechenschaft abzulegen für die Existenz und Naturgeschichte der Hominiden, Neandertaler inklusiv. Unser Modell hält die Neandertaler (und andere Hominiden) für Kreaturen, die von Gott gemacht wurden und keine evolutionäre Verbindung zu modernen Menschen haben. Diese außergewöhnlichen Wesen gingen aufrecht und hatten eine gewisse Intelligenz, was sie befähigte, Werkzeuge herzustellen und ein gewisses Niveau von “Kultur” zu entwickeln. Dennoch behauptet unser Modell, dass die Hominiden keine nach Gottes Ebenbild geschaffenen geistlichen Wesen waren. RTBs Modell behält diesen Status dem modernen Menschen vor.

Von unserer Perspektive heraus sagen wir voraus, dass biologische Ähnlichkeiten unter den Hominiden und modernen Menschen in unterschiedlichen Graden existieren werden. Hinsicht halten wir die biologischen Ähnlichkeiten für Zeichen vom gemeinsamen Designund nicht von einer gemeinsamen evolutionären Abstammung.

Wir erwarten auch biologische Unterschiede, weil nach unserem Modell die Hominiden anderen biologischen Gruppen als modernen Menschen angehören würden. Wir sagen auch voraus, dass signifikante kognitive Unterschiede zwischen modernen Menschen und den anderen Hominiden existieren würden. Diese Unterschiede würden dann in Hirnanatomie und Verhaltensmuster (die wir auf Grund von Schlussfolgerungen aus archäologischen Funden erkennen können) niederschlagen. Unserem Modell zufolge wiederspiegeln diese Unterschiede das Vorhandensein des göttlichen Ebenbildes im modernen Menschen und das Fehlen dieses Ebenbildes in den Hominiden.

Die bahnbrechende Arbeit von Muotris Team weist darauf hin, dass Menschen einzigartig sind. Dies stimmt völlig mit der biblischen al Aussage überein, dass wir Gottes Ebenbild tragen. Die Neandertaler hatten es nicht getragen.

Unsere Hirne sind tatsächlich abnormal, wenn man die mit den Hirnen der Neandertaler und anderen Hominiden vergleicht. Aber die abnormalen Merkmale unserer Hirne sind genau diejenigen, die uns einzigartig machen. Und das ist kein Scherz.

Weiterführende Lektüre

Unterschiede in Hirnstruktur zwischen modernen Menschen und Neandertaler

Genetic Differences between Modern Humans and Neanderthals

Endnoten

  1. Cleber A. Trujillo et al., “Reintroduction of the Archaic Variant of NOVA1 in Cortical Organoids Alters Neurodevelopment,” Science 371, no. 6530 (12.Februar.2021): eaax2537, doi:10.1126/science.aax2537.
  2. Richard E. Green, “A Draft Sequence of the Neandertal Genome,” Science 328, no. 5979 (7.Mai.2010): 710–722, doi:10.1126/science.1188021.
  3. Laura L. Colbran et al., “Inferred Divergent Gene Regulation in Archaic Hominins Reveals Potential Phenotypic Differences,” Nature Ecology and Evolution 3 (November 2019): 1598–1606, doi:10.1038/s41559-019-0996-x; David Gokhman et al., “Reconstructing the DNA Methylation Maps of the Neandertal and the Denisovan,” Science 344, no. 6183 (17.April.2014): 523–527, doi:1126/science.1250368; David Gokhman et al., “Differential DNA Methylation of Vocal and Facial Anatomy Genes in Modern Humans,” Nature Communications 11 (4.März.2020): 1189, doi:10.1038/s41467-020-15020-6.
  4. Philipp Gunz et al., “Brain Development after Birth Differs between Neanderthals and Modern Humans, Current Biology 20, no. 21 (9.November.2010): PR921–R922, doi:10.1016/j.cub.2010.10.018.