什么使现代人类大脑区别于尼安德特人等已灭绝的近亲？加州大学圣地亚哥分校医学院与国际研究团队的一项新研究揭示，古代人科动物——包括早期人类和类人猿——暴露于铅污染的时间比先前认为的更早，早在现代人类开始开采铅金属的两百万年前。这种暴露可能塑造了人科动物大脑的进化，限制了除现代人类外所有物种的语言和社会发展，因为只有我们携带一种保护性基因变体。该研究于2025年10月15日发表在《科学进展》杂志上。
研究团队分析了来自非洲、亚洲和欧洲的51名人科动物化石牙齿，包括现代人类、尼安德特人等古老人类、南方古猿（Australopithecus africanus）等人类祖先，以及步氏巨猿（Gigantopithecus blacki）等已灭绝类人猿。研究发现73%的样本含有铅，其中现代和古老人类样本的铅检出率达71%。值得注意的是，距今180万年的步氏巨猿化石显示出最频繁的急性铅暴露。
长期以来，人们认为人类接触有害铅污染始于古代罗马时期（当时使用铅管输送饮用水），并在工业革命期间显著加剧，直到20世纪后期才得到控制。"当我们意识到铅的毒性后就停止了日常使用，但从未有人研究过史前时期的铅暴露情况，"通讯作者、加州大学圣地亚哥分校医学院儿科与细胞分子医学教授阿利松·穆奥特里博士表示，他同时担任考古中心副主任和桑福德集成空间干细胞轨道研究中心主任。
令人惊讶的是，20世纪40至70年代出生人群的牙齿（当时儿童暴露于含铅汽油和油漆中）显示出与化石人类牙齿相似的铅暴露模式。
研究团队推测，如同罗马人，古代人类和其他人科动物可能因对水源的需求而暴露于铅污染中。"一种可能性是他们寻找洞穴内流动水源，"穆奥特里解释道，"洞穴含有铅，因此全部受到污染。根据牙釉质研究，这种暴露从婴儿早期就开始了。"
铅暴露会阻碍大脑发育，导致智力缺陷和情绪调节困难。鉴于这些发现，穆奥特里及其团队开始探究：在人类进化过程中持续暴露于铅的环境下，现代人类大脑为何仍能蓬勃发展。
微小的基因变化
一种名为神经肿瘤腹侧抗原1（NOVA1）的基因在人类大脑发育和突触形成中起核心作用。作为神经发育的主调控因子，NOVA1控制神经祖细胞对铅的反应。NOVA1活性受损与多种神经系统疾病相关。
大多数现代人类携带的NOVA1基因变体与尼安德特人携带的祖先版本仅有一个DNA碱基对的差异。穆奥特里先前的研究表明，将人类NOVA1变体替换为古老变体后，会导致人类大脑类器官（干细胞衍生的微型脑模型）的结构和突触连接发生显著变化。
"除该基因变体外，类器官完全相同，这使我们能够探究我们与尼安德特人之间的特定突变是否赋予我们优势，"穆奥特里指出。古老变体加速了大脑成熟，但长期导致复杂性降低。"如果全球所有人类都携带这种新突变，说明我们的物种必定经历了强大的自然选择压力。"
为探究环境铅暴露是否影响了这一选择过程，研究团队创建了携带人类和古老NOVA1变体的脑类器官并进行铅暴露实验，随后比较了皮层和丘脑神经元的发育情况。铅暴露改变了两种变体的NOVA1表达，影响了与自闭症和癫痫等神经发育障碍相关的基因。
然而，只有古老NOVA1变体改变了FOXP2的表达——这种基因对语言和言语发展至关重要。携带特定FOXP2突变的人无法产生复杂语言。
"与复杂语言相关的这类神经元在古老NOVA1版本中易受损伤，"穆奥特里解释道，"FOXP2基因在我们与尼安德特人之间是相同的，但NOVA1对基因的调控方式差异可能导致了语言能力的不同。"
进化意义
"因为我们拥有语言，才能组织社会、交流思想并协调大规模行动。没有证据表明尼安德特人具备这种能力。"
— 阿利松·穆奥特里博士
研究结果表明，获得现代NOVA1变体可能使我们免受铅的有害影响，促进复杂语言发展和社会凝聚力。即使在铅污染环境中，这可能也为现代人类提供了相对于尼安德特人的显著进化优势。
穆奥特里认为，这些发现对理解环境压力如何塑造人类大脑进化具有重要意义。他推测铅暴露可能促成了约4万年前尼安德特人的灭绝。
"语言是如此重要的优势，它具有变革性，是我们的超能力，"穆奥特里强调，"因为我们拥有语言，才能组织社会、交流思想并协调大规模行动。没有证据表明尼安德特人具备这种能力。他们可能拥有抽象思维，但无法相互传达。原因或许在于他们从未发展出像我们复杂语言这样高效的交流系统。"
理解NOVA1基因变体如何影响FOXP2表达，有助于阐明铅污染与大脑发育之间的关系，同时也为言语失用症（一种难以正确发出语音的疾病）和自闭症等与语言相关的神经疾病提供了新见解。
该研究由加州大学圣地亚哥分校的雅奈娜·塞纳·德索萨、桑德拉·M·桑切斯-桑切斯、何塞·奥维多；南十字星大学的玛丽安·贝利和马修·通吉；南十字星大学与约翰内斯堡大学的雷诺·让纳-博约；约翰内斯堡大学与莫纳什大学的贾斯汀·W·亚当斯；西奈山伊坎医学院的克里斯汀·奥斯汀、马尼什·阿罗拉；麦考瑞大学的基拉·韦斯塔韦；弗林德斯大学与剑桥大学的伊恩·莫法特；广西人类学博物馆的王伟和廖伟；古脊椎动物与古人类研究所的张 Yingqi；莫纳什大学与歌德大学的卢卡·菲奥伦齐娅；法国国家自然历史博物馆的玛丽-埃莱娜·蒙塞尔；亚利桑那州立大学的加里·T·施瓦茨；巴拉那天主教大学的路易斯·佩德罗·佩特罗斯基和罗伯托·H·埃赖；亚利桑那大学的何塞·奥维多；以及哈佛大学陈曾熙公共卫生学院的贝尔纳多·莱莫斯共同完成。
研究部分由美国国立卫生研究院（项目编号R01 ES027981、P30ES023515、R01ES026033）、澳大利亚研究委员会（项目编号DP170101597）、美国国家科学基金会（项目编号BCS 0962564）以及利基基金会资助。
披露声明：穆奥特里是TISMOO公司的联合创始人并持有该公司股权，该公司专注于基因分析和人类脑类器官发生。该安排的条款已根据加州大学圣地亚哥分校的利益冲突政策进行审查和批准。
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