人類(lèi)是唯一能通過(guò)復雜語(yǔ)言傳遞抽象概念的物種，但這一能力的遺傳基礎始終成謎。我們是唯一能夠進(jìn)行復雜語(yǔ)言交流的動(dòng)物嗎？

與我們關(guān)系密切的近親尼安德特人，很可能具備在喉部和耳部的解剖特征，使得他們能夠說(shuō)出和聽(tīng)見(jiàn)語(yǔ)言。同時(shí)，他們與我們共享一種與語(yǔ)言能力相關(guān)的基因變異。然而，只有現代人類(lèi)在大腦中擴展的區域對語(yǔ)言產(chǎn)生和理解至關(guān)重要。

現在，洛克菲勒大學(xué)的研究人員發(fā)現了一些有趣的遺傳證據：一種僅存在于人類(lèi)中的蛋白質(zhì)變異，可能對口語(yǔ)語(yǔ)言的形成起到重要作用。

在發(fā)表于《Nature Communications》期刊的一項研究中，洛克菲勒的研究者Robert B. Darnell實(shí)驗室的研究人員發(fā)現，當他們將這種專(zhuān)屬于人類(lèi)的NOVA1變種——一種已知對神經(jīng)發(fā)育至關(guān)重要的RNA結合蛋白——導入小鼠時(shí)，改變了小鼠在彼此呼叫時(shí)的發(fā)聲方式。

研究還確認，這一變異在尼安德特人和丹尼索瓦人（我們祖先與之雜交的古人類(lèi)）中并不存在，這一點(diǎn)通過(guò)許多現代人類(lèi)基因組中仍保留的遺傳痕跡得到了證實(shí)。

“這一個(gè)基因是早期現代人類(lèi)一次廣泛進(jìn)化變革的一部分，并暗示口語(yǔ)的潛在古老起源，”分子神經(jīng)腫瘤學(xué)實(shí)驗室的負責人Darnell。“NOVA1可能是一個(gè)正宗的人類(lèi)‘語(yǔ)言基因’，盡管它無(wú)疑只是許多特有人類(lèi)基因變化之一。”

三十年的探索

發(fā)聲道的解剖適應和復雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò )使我們的語(yǔ)言能力成為可能，但其背后的遺傳機制尚不清楚。

圖片鏈接：https://www.eurekalert.org/multimedia/1060523

圖片信息：NOVA1 在 amouse 大腦中的表達模式。NOVA1 為綠色，細胞核 （DAPI） 為藍色。

一個(gè)理論上與語(yǔ)言相關(guān)的基因驅動(dòng)因子是FOXP2，它編碼一個(gè)涉及早期大腦發(fā)育的轉錄因子。攜帶該基因突變的人會(huì )出現言語(yǔ)障礙，包括無(wú)法協(xié)調口唇運動(dòng)與聲音的能力。人類(lèi)的FOXP2基因中含有兩個(gè)在其他靈長(cháng)類(lèi)動(dòng)物或哺乳動(dòng)物中不存在的氨基酸替換，但尼安德特人也具有這些變異，表明該變異起源于人類(lèi)兩個(gè)譜系的共同祖先。不過(guò)，關(guān)于FOXP2的一些研究結果曾引發(fā)爭議，因而其在人類(lèi)語(yǔ)言發(fā)展中的作用尚不明確。

現在，NOVA1已成為一個(gè)新的候選基因。該基因產(chǎn)生一種神經(jīng)元特異性的RNA結合蛋白，對大腦發(fā)育和神經(jīng)肌肉控制至關(guān)重要，Darnell早在1993年便首次克隆并表征了它。NOVA1在從哺乳動(dòng)物到鳥(niǎo)類(lèi)的廣泛生物圈中幾乎以相同形式存在，但在我們人類(lèi)中卻有所不同。相反，我們擁有一種由單一氨基酸變化所特征化的獨特形式，氨基酸從異亮氨酸替換為纈氨酸，變化位置在技術(shù)標準中標記為197（I197V）。

I197V并不是唯一一個(gè)區分現代人類(lèi)與其他生物的氨基酸替換，首席作者Yoko Tajima指出，還有幾種變異可能與大腦發(fā)育密切相關(guān)。“這些變化可能在獲得導致智人出現、擴展和生存的特征方面發(fā)揮了重要作用，”她表示。

Darnell一直專(zhuān)注于RNA結合蛋白調節基因表達，自20世紀90年代早期起便開(kāi)始研究NOVA1，當時(shí)他與同事首次識別出該蛋白作為一種與神經(jīng)性疾病相關(guān)的觸發(fā)因子。最近，他們開(kāi)始識別與發(fā)育語(yǔ)言和運動(dòng)相關(guān)的NOVA1基因變異病例。

“理解NOVA1對我而言是一個(gè)職業(yè)生涯的持續努力，”Darnell說(shuō)。

目前的研究由Tajima主導，她使用CRISPR基因編輯技術(shù)將小鼠中常見(jiàn)的NOVA1蛋白替換為人類(lèi)變體I197V。隨后，研究團隊利用交聯(lián)免疫沉淀（CLIP）分析等先進(jìn)技術(shù)，識別了小鼠中腦中NOVA1的RNA結合位點(diǎn)。

重要發(fā)現

第一個(gè)值得注意的發(fā)現是，人類(lèi)變體對與神經(jīng)發(fā)育或運動(dòng)控制相關(guān)的RNA結合沒(méi)有影響。其功能與替代蛋白相同。

那么，它究竟在起什么作用？第二個(gè)重要發(fā)現給了研究團隊一個(gè)線(xiàn)索：受人類(lèi)變體顯著(zhù)影響的結合位點(diǎn)主要位于與發(fā)聲相關(guān)的RNA編碼基因上。

“而且，許多這些與發(fā)聲相關(guān)的基因也發(fā)現是NOVA1的結合目標，這進(jìn)一步表明NOVA1與發(fā)聲之間的聯(lián)系，”Tajima說(shuō)。

“我們當時(shí)想，真不可思議，”Darnell回憶道。“這是科學(xué)中一個(gè)非常驚喜的時(shí)刻。”

Darnell的實(shí)驗室隨后與洛克菲勒大學(xué)的語(yǔ)言神經(jīng)遺傳學(xué)實(shí)驗室合作，該實(shí)驗室由Erich D. Jarvis領(lǐng)導，后者研究了發(fā)聲學(xué)習的分子和遺傳機制。

交流的改變

在接下來(lái)的幾年里，研究團隊調查了不同年齡小鼠在不同情況下的發(fā)聲。他們發(fā)現，雄性和雌性小鼠幼崽以及成年雄鼠的發(fā)聲模式均有所改變。

“所有幼鼠都會(huì )向母鼠發(fā)出超聲波的尖叫，語(yǔ)言研究者將不同的尖叫分類(lèi)為四個(gè)‘字母’——S、D、U和M，”Darnell指出。“我們發(fā)現，當我們對攜帶人類(lèi)特有的I197V變體的小鼠進(jìn)行‘音譯’時(shí)，其發(fā)聲與野生型小鼠不同。這些‘字母’中的某些已發(fā)生改變。”

在研究成年雄性小鼠向發(fā)情雌性小鼠的求偶叫聲時(shí)，他們發(fā)現了類(lèi)似的模式。“它們在與雌鼠交流時(shí)表現出不同的發(fā)聲，”他說(shuō)。“可以想象，這種發(fā)聲的變化可能會(huì )對進(jìn)化產(chǎn)生深遠影響。”

人類(lèi)的因素

I197V對人類(lèi)進(jìn)化的潛在影響成為他們下一個(gè)關(guān)注的焦點(diǎn)。為了確認該變體不在我們最近的親人——主要生活在歐洲的尼安德特人和在中亞洞穴中發(fā)現的丹尼索瓦人中存在，研究團隊對八個(gè)人類(lèi)基因組與三個(gè)人類(lèi)高覆蓋基因組和一個(gè)丹尼索瓦人高覆蓋基因組進(jìn)行比較。

正如預期的那樣，我們的古人類(lèi)祖先——據認為我們在大約25萬(wàn)到30萬(wàn)年前分離——具有與所有非人類(lèi)動(dòng)物相同的NOVA1蛋白。

接著(zhù)，他們探索了dbSNP數據庫中650,058個(gè)現代人類(lèi)基因組，這是一份包括來(lái)自世界各地人們的短序列變異的目錄。如果存在I197V的替代物，就會(huì )出現在這個(gè)數據庫中。

在這650,058人群中，除了六個(gè)人外，所有人都有這一人類(lèi)變體。這六個(gè)人擁有古老的變體；由于樣本都是去標識化的，具體信息暫不得知。

“我們的數據顯示，非洲的一個(gè)現代人類(lèi)祖先群體進(jìn)化出人類(lèi)變體I197V，隨后該變體成為主導，或許是因為它在語(yǔ)言交流中帶來(lái)了優(yōu)勢，”研究人員指出。“該群體之后離開(kāi)非洲，傳播到世界各地。”

未來(lái)展望

未來(lái)，Darnell的實(shí)驗室將調查NOVA1如何調節語(yǔ)言功能，關(guān)注語(yǔ)言或發(fā)育問(wèn)題。“我們認為，理解這些問(wèn)題將幫助我們更好地理解大腦如何在發(fā)聲交流中運作，”Tajima表示。

其神經(jīng)通路可能在各種障礙導致某些個(gè)體無(wú)法說(shuō)話(huà)時(shí)發(fā)揮作用?；蛟S它會(huì )影響語(yǔ)言能力的發(fā)展；NOVA1是與各種發(fā)展問(wèn)題相關(guān)的眾多基因之一。Darnell的實(shí)驗室最近也曾報告過(guò)一位患者，該患者的神經(jīng)癥狀包括語(yǔ)言延遲。

Darnell總結道：“我們的發(fā)現可能在多方面具有重要意義，從發(fā)育問(wèn)題到神經(jīng)系統相關(guān)的現象。”

雜志：Nature Communications

DOI：10.1038/s41467-025-56579-2