Een mutatie die spreekt: het NOVA1-gen en de evolutie van menselijke taal

Kan een enkele mutatie de geschiedenis van een soort veranderen? In het geval van NOVA1 , een gen dat de manier reguleert waarop boodschapper-RNA's in onze hersenen worden verwerkt, lijkt het antwoord ja te zijn. Wetenschappers ontrafelen langzaam de rol die een klein verschil, een enkele mutatie in een reeks DNA-letters, speelde in de evolutie van onze soort en hoe deze zich onderscheidde van zijn uitgestorven neven, de Neanderthalers en de Denisova-mensen. Die mutatie heeft mogelijk bijgedragen aan de vorming van enkele van onze meest karakteristieke vaardigheden, zoals taal.

Het startpunt van dit verhaal dateert uit 2021, toen een groep onderzoekers, onder leiding van Alysson Muotri van de Universiteit van Californië, besloot om naar het verleden te kijken door middel van hersenorganoïden , dat wil zeggen 'minihersenen' die in het laboratorium uit stamcellen zijn gekweekt . Hun doel was om te begrijpen hoe het brein van de Neanderthaler mogelijk verschilde van het onze, onder invloed van een ander NOVA1-gen. Om dit te doen, gebruikten ze de CRISPR-Cas9-genbewerkingstechniek om de moderne versie van het NOVA1-gen te vervangen door de archaïsche versie, die kenmerkend is voor Neanderthalers en Denisova-mensen, in door mensen geïnduceerde pluripotente stamcellen. Uit deze cellen kweekten ze vervolgens hersenorganoïden, driedimensionale structuren in vitro die de ontwikkeling van de menselijke hersenen in een vroeg stadium nabootsen. Het was de eerste keer dat iemand in het laboratorium probeerde een genetische eigenschap van onze verre voorouders nieuw leven in te blazen om te zien hoe deze de groei van hersenweefsel zou beïnvloeden.

Het resultaat was verrassend. Organoïden die de archaïsche variant van NOVA1 bevatten, vertoonden duidelijke verschillen vergeleken met de organoïden die de moderne versie bevatten. Ze groeiden langzamer en onregelmatiger, met een complexer en geplooider oppervlak. De cellen organiseerden zich anders en de neuronen vormden minder efficiënte netwerken. Zelfs de elektrische activiteit leek veranderd. Het beeld dat hieruit naar voren kwam, leek te wijzen op een brein dat een ontwikkelingspad had gevolgd dat afweek van dat van onze soort. Dit suggereert dat de moderne versie van NOVA1 een sleutelrol heeft gespeeld bij het verfijnen van de neurale connectiviteit en cognitieve vermogens die kenmerkend zijn voor Homo sapiens.

Maar het verhaal eindigt hier niet. Een paar dagen geleden werd er in een nieuwe studie een fundamenteel stuk toegevoegd . Deze keer gingen de onderzoekers van miniatuurlaboratoriumhersenen over op levende organismen. Met muizen als model introduceerden ze de menselijke variant van NOVA1 in hun genoom om te zien of dit specifieke gedragingen en vaardigheden kon beïnvloeden. En opnieuw openden de resultaten de deur voor onverwachte scenario's. Muizen met de sapiens-versie van het gen maakten andere geluiden dan normale muizen. Niet alleen het aantal, maar ook het type en de structuur van de geluiden waren veranderd, waardoor de vocale communicatie van de gemuteerde dieren veel complexer en duidelijker was dan die van hun normale verwanten. Met andere woorden: dezelfde mutatie die grote invloed had op de manier waarop de hersenen van onze voorouders verbindingen tot stand brachten en communiceerden, blijkt nu ook rechtstreeks invloed te hebben op de vocale expressie van een ander zoogdier.

De verbinding met de menselijke taal wordt onvermijdelijk. Ook al kan de muis niet praten, zijn vocalisatie is toch een complexe uiting van hersenactiviteit en motorische controle. Het feit dat één enkele genetische variant in staat is om dit te veranderen, suggereert dat de overgang van Neanderthalers naar sapiens niet alleen een kwestie was van hersenvolume, maar dat er subtiele veranderingen plaatsvonden die de neuronale plasticiteit en de coördinatie tussen de hersenen en het spraakapparaat verbeterden. Dit is waar de NOVA1-mutatie in beeld komt, als mogelijke sleutelfactor in de opkomst van die o zo menselijke eigenschap: gearticuleerde taal.

Het is niet de eerste keer dat een taalgerelateerde genetische variant uniek lijkt te zijn bij moderne mensen. Een voorbeeld hiervan is het FOXP2-gen, vaak 'het taalgen' genoemd. Mutaties in FOXP2 worden in verband gebracht met specifieke spraak- en taalstoornissen bij mensen, waarbij de ontwikkeling van neurale circuits die cruciaal zijn voor verbale communicatie wordt beïnvloed. Uit onderzoek met diermodellen is gebleken dat veranderingen in dit gen de vocalisaties en het leren van geluiden kunnen verstoren. Dit suggereert dat FOXP2 een fundamentele rol speelt in de evolutie van het menselijke taalvermogen.

Dit alles wijst erop dat de evolutie van onze soort voor een groot deel een proces is geweest waarbij de opkomst van genetische varianten die de structuur en functie van de hersenen nauwkeurig kunnen wijzigen, gepaard ging met de ontwikkeling van superieure taalvaardigheden. De weinige verschillen tussen archaïsche soorten en de onze voor de NOVA1- en FOXP2-genen zijn dus niet zomaar mutaties, maar vertegenwoordigen letterlijk de “genetische vonk” die een overgang naar andere geesten en complexere talen op gang bracht – met alle sociale en culturele gevolgen van dien.

Een abrupte overgang, althans voor de capaciteiten die onze hersenen ter beschikking hebben en die afhankelijk zijn van één enkele stap: de geschiedenis van het evolutieproces en de mogelijkheden ervan lijken steeds verrassender, op het kruispunt van paleontologie, archeogenetica en evolutionisme.

Meer over deze onderwerpen: