Der moderne Mensch zeichnet sich durch sein leistungsstarkes Gehirn aus, das ihm seinen Erfolg ermöglicht. Doch inwiefern unterscheidet sich dieses Gehirn von dem unserer ausgestorbenen Verwandten, den Neandertalern? Obwohl die Gehirne beider Spezies ähnlich groß waren, deuten neue Forschungsergebnisse auf subtile, aber bedeutsame Unterschiede in ihrer Entwicklung und Struktur hin, die möglicherweise zu unterschiedlichen kognitiven Fähigkeiten führten.
Molekulare Unterschiede: Das Protein TKTL1
Eine aktuelle Studie hat sich auf ein spezielles Protein namens Transketolase-like 1 (TKTL1) konzentriert, das bei modernen Menschen eine einzige Aminosäureveränderung im Vergleich zu Neandertalern aufweist. Während moderne Menschen an einer bestimmten Sequenzposition Arginin enthalten, weisen Neandertaler an derselben Stelle die verwandte Aminosäure Lysin auf. Dieses Protein ist besonders in der Großhirnrinde stark vertreten, dem evolutionsgeschichtlich jüngsten Teil des Gehirns, der für viele kognitive Fähigkeiten des modernen Menschen verantwortlich gemacht wird, wie z.B. die Fähigkeit zu Sprache und logischem Denken.
Um den Einfluss von TKTL1 auf die Gehirnentwicklung zu untersuchen, führten Forscher Experimente mit Mausembryonen und menschlichen Hirnorganoiden durch. Sie brachten entweder die TKTL1-Variante des modernen Menschen oder die des Neandertalers in den Neokortex von Mausembryonen ein. Dabei stellten sie fest, dass die Gliazellen mit der Moderne-Menschen-Variante von TKTL1 vermehrt wurden, mit der Neandertaler-Variante jedoch nicht. Infolgedessen enthielten die Gehirne von Mausembryonen mit Moderne-Menschen-TKTL1 mehr Nervenzellen als die mit dem Neandertalerprotein.
Anschließend ersetzten die Forscher das Arginin in TKTL1 des modernen Menschen durch das für das TKTL1 des Neandertalers charakteristische Lysin. Dabei kamen menschliche Hirnorganoide zum Einsatz. Die Ergebnisse zeigten, dass mit dem Neandertaler-Typ der Aminosäure in TKTL1 weniger basale radiale Gliazellen produziert wurden als mit dem Moderne-Menschen-Typ, und folglich auch weniger Nervenzellen.
Diese Ergebnisse legen nahe, dass moderne Menschen möglicherweise mehr Nervenzellen im Frontallappen des Gehirns haben als Neandertaler, da die TKTL1-Aktivität dort am höchsten ist. Darüber hinaus stellten die Forscher fest, dass TKTL1 beim modernen Menschen durch Veränderungen im Stoffwechsel wirkt. So dürfte TKTL1 des modernen Menschen die Synthese bestimmter Membranlipide erhöhen, die für die Bildung des langen Prozesses der basalen radialen Gliazellen benötigt werden, der ihre Vermehrung anregt und somit die Nervenzellproduktion erhöht.
Lesen Sie auch: Gehirnstrukturen: Neandertaler und Homo sapiens
Unterschiede in der Gehirnentwicklung
Weitere Forschungsergebnisse deuten darauf hin, dass sich die Gehirnentwicklung von Neandertalern und modernen Menschen bereits in den ersten Lebensjahren unterscheidet. Wissenschaftler des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig haben die Gehirnentwicklung beim modernen Menschen und dem Neandertaler verglichen - von der Geburt bis zum Erwachsenenalter. Sie konnten zeigen, dass sich das Wachstumsmuster vor allem in der kritischen Anfangsphase unterscheidet.
Sowohl Neandertaler als auch Homo sapiens haben bei der Geburt längliche Schädel mit etwa gleich großen Gehirnen. Im Laufe des ersten Lebensjahres entwickelt sich bei modernen Menschen dann die charakteristisch runde Schädelform. Die Forscher konnten zeigen, dass diese frühe Phase der Gehirnentwicklung beim Neandertaler fehlt.
Klinische Studien haben gezeigt, dass in den ersten Lebensjahren selbst geringfügige Abweichungen im Muster der Gehirnentwicklung die Struktur des Denkorgans und damit Kognition und Verhalten beeinflussen. Die Verbindungen zwischen unterschiedlichen Gehirnregionen, die in dieser Zeit bei modernen Menschen geknüpft werden, sind wichtig für soziale, emotionale und kommunikative Fähigkeiten.
Chromosomenverteilung und Gehirnfunktion
Ein anderes Forscherteam hat sich mit den Unterschieden in der Verteilung der Chromosomen während der Zellteilung beschäftigt. Sie fanden heraus, dass neurale Stammzellen beim modernen Menschen sich mehr Zeit nehmen, um ihre Chromosomen auf die Zellteilung vorzubereiten, als beim Neandertaler. Dies führt zu weniger Fehlern bei der Verteilung der Chromosomen auf die Tochterzellen der neuralen Stammzellen.
Nachdem sich die Vorfahren des modernen Menschen von denen der Neandertaler und Denisovaner trennten, veränderten sich beim modernen Menschen etwa hundert Aminosäuren, die Bausteine von Proteinen in Zellen und Geweben, und diese Veränderungen verbreiteten sich in fast allen modernen Menschen. Sechs dieser Aminosäureveränderungen traten in drei Proteinen auf, die bei der Verteilung der Chromosomen eine Schlüsselrolle spielen.
Lesen Sie auch: Faszination Nesseltiere: Wie sie ohne Gehirn leben
Die Forscher konvertierten die drei moderne-Menschen-Aminosäuren zurück in den Neandertaler-Zustand in menschlichen Hirnorganoiden. In diesem Fall verkürzte sich die Metaphase und es wurden mehr Fehler bei der Chromosomenverteilung gefunden. Dies deutet darauf hin, dass diese drei Aminosäureveränderungen in den Proteinen KIF18a und KNL1 dafür verantwortlich sind, dass beim modernen Menschen weniger Chromosomenverteilungsfehler auftreten als bei Neandertalern und Schimpansen.
Fehler in der Chromosomenzahl sind für die Zellen in der Regel ungünstig, was sich bei Erkrankungen wie Trisomien und Krebs zeigt. Die Studie deutet darauf hin, dass die Gehirnfunktion der Neandertaler stärker von Chromosomenfehlern beeinflusst wurde als die des modernen Menschen.
Unterschiede in der Gehirnstruktur
Unabhängig voneinander haben Neandertaler und der moderne Mensch Gehirne gleicher Größe entwickelt. Allerdings weisen Unterschiede der Gehirnform auf einen unterschiedlichen Hirnaufbau hin, der Auswirkungen auf Verhalten und Wahrnehmung haben kann.
Ein internationales Forscherteam hat modernste medizinische bildgebende Methoden und Techniken der dreidimensionalen Computerrekonstruktion eingesetzt, um die inneren Strukturen fossiler menschlicher Schädel zu erschließen. Dadurch konnte anhand der anatomischen Form der Schädelbasis auch die Gehirnform erkannt werden.
Die Analysen zeigen, dass sowohl die für Sprachfähigkeit, Gedächtnis und soziale Fähigkeiten wichtigen Gehirnregionen, als auch die für den Geruchssinn verantwortliche Region, der Riechkolben, beim Homo sapiens größer sind als bei Neandertalern.
Lesen Sie auch: Lesen Sie mehr über die neuesten Fortschritte in der Neurowissenschaft.
Die Gehirnstrukturen, die Geruchsinformationen empfangen, sind bei Homo sapiens ungefähr 12 Prozent größer als bei Neandertalern. Der Geruchssinn ist einer der ältesten Sinne in der Entwicklungsgeschichte der Wirbeltiere und direkt mit Erinnerungen verbunden. Die Größenzunahme in den für das Geruchsvermögen zuständigen Gehirnregionen beim Homo sapiens kann auf einen verbesserten Geruchssinn hinweisen, der wiederum mit der Entwicklung sozialer Fähigkeiten in engem Zusammenhang steht.
Körperliche Unterschiede und Gehirnkapazität
Einige Forscher argumentieren, dass die Gehirne der Neandertaler möglicherweise anders strukturiert waren als die der frühen anatomisch modernen Menschen. Die Neandertaler besaßen größere und kräftigere Körper als ihr Zeitgenosse Homo sapiens. Folglich muss auch der Bereich des Gehirns, der den Körper sowie die Bewegungen steuert und kontrolliert, deutlich größer gewesen sein.
Darüber hinaus lebten die Neandertaler in höheren, weniger sonnigen Breiten, was sich auf die Schädelanatomie auswirkte. Die Augäpfel und damit die Augenhöhlen wurden größer, und auch die Sehzentren im Gehirn nahmen an Volumen zu.
Wenn man das Gehirnvolumen um diese Faktoren korrigiert, bleibt beim Homo sapiens mehr Kapazität für andere höhere Hirnleistungen übrig. Diese Differenz könnte den entscheidenden Unterschied gemacht haben, da es einen direkten Zusammenhang zwischen der Gehirngröße eines Lebewesens und seiner Fähigkeit gibt, in Gruppen zu leben.
tags: #neandertaler #groberes #gehirn