人類語言的起源之謎

人類是唯一能夠真正使用復(fù)雜語言的生物嗎？智人（Homo sapiens）是唯一能準確描述遠方淡水水源的位置，或生動描繪日落中微妙紫紅色調(diào)的物種嗎？關(guān)于語言的起源，仍然有許多未解之謎。

我們的近親，如尼安德特人，具有類似的喉部和耳部解剖結(jié)構(gòu)，可能具備一定的發(fā)聲和聽覺能力。他們還與現(xiàn)代人類共享一個與語言能力相關(guān)的基因變體。然而，唯有在現(xiàn)代人類中，負責(zé)語言產(chǎn)生和理解的關(guān)鍵腦區(qū)才出現(xiàn)了顯著擴展。

在一項新發(fā)表在《自然·通訊》上的研究中，研究人員發(fā)現(xiàn)了一條引人注目的遺傳線索：一種僅在人類身上存在的蛋白質(zhì)變體，可能在口語的演化過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。當研究人員將這種人類特有的蛋白質(zhì)變體引入小鼠體內(nèi)后，小鼠的發(fā)聲方式發(fā)生了改變。

三十年的探索

人類的語言能力依賴于發(fā)音器官的解剖適應(yīng)和復(fù)雜的神經(jīng)網(wǎng)絡(luò)。然而，支撐這一能力的基因機制仍未被完全揭示。

長期以來，一種名為FOXP2的基因被視為語言驅(qū)動基因的候選，它編碼一種調(diào)控腦的早期發(fā)育的轉(zhuǎn)錄因子。攜帶FOXP2突變的人通常表現(xiàn)出嚴重的語言障礙，例如無法協(xié)調(diào)嘴唇和舌頭的運動，從而影響發(fā)音。然而，盡管FOXP2在語言能力中的作用備受關(guān)注，它在人類語言演化中的具體影響仍存在爭議。

如今，NOVA1作為另一重要候選基因浮出水面。1993年，神經(jīng)學(xué)家Robert Darnell首次克隆并表征了NOVA1——一種在中樞神經(jīng)系統(tǒng)表達的RNA結(jié)合蛋白，它影響著腦的發(fā)育和神經(jīng)肌肉控制，對小鼠的生存和人類的正常發(fā)育至關(guān)重要。

自那之后，Darnell及其團隊便開始研究NOVA1。他們發(fā)現(xiàn)，NOVA1是神經(jīng)自身免疫病POMA的觸發(fā)因素，這種疾病會導(dǎo)致嚴重的運動功能障礙。近年來，他們進一步揭示了NOVA1基因變異可能與語言和運動功能障礙有關(guān)。

基因編輯實驗揭示新發(fā)現(xiàn)

從哺乳動物到鳥類，生物圈中大多數(shù)物種攜帶的NOVA1形式幾乎相同。唯獨人類的NOVA1發(fā)生了獨特的氨基酸替換——在蛋白質(zhì)鏈的第197位（I197V），異亮氨酸（I）被替換為纈氨酸（V）。

為了研究這一變體的生理影響，在新研究中，Darnell實驗室的研究團隊利用 CRISPR基因編輯技術(shù)，將人類特有的I197V變體引入了小鼠體內(nèi)，并分析其分子和行為后果。

研究人員采用交聯(lián)免疫沉淀（CLIP）技術(shù)來識別NOVA1在小鼠腦中的RNA結(jié)合位點。他們的首要發(fā)現(xiàn)是，I197V并未影響控制神經(jīng)發(fā)育或運動功能的RNA結(jié)合，其功能與原始蛋白基本一致。

小鼠腦中的NOVA1的表達模式。綠色標記部分顯示為NOVA1的表達區(qū)域，藍色區(qū)域標記為細胞核。（圖/Darnell lab.）

然而，進一步分析表明，I197V變體顯著影響了與發(fā)聲相關(guān)的RNA結(jié)合位點，并且許多與發(fā)聲相關(guān)的基因也是NOVA1的結(jié)合靶點，這進一步支持了NOVA1在發(fā)聲中的潛在作用。

改變的交流模式

在隨后的研究中，研究人員觀察了不同年齡段小鼠在不同環(huán)境中的發(fā)聲變化，并對攜帶人類變體（I197V）的小鼠與攜帶祖先基因的野生型小鼠進行了比較。

幼鼠的發(fā)聲模式

首先，研究人員分析了幼鼠的發(fā)聲情況。幼鼠在與母鼠分離時，會發(fā)出超聲波吱吱聲，以吸引母親的注意。為了量化這些發(fā)聲特征，研究人員在黑暗的隔音室中記錄了7天大的小鼠的超聲波，并將這些叫聲劃分為四種“音節(jié)”：S（簡單）、D（上升）、U（下降）和 M（多樣）。

隨后，他們分析了各種音節(jié)的峰值頻率及發(fā)生模式，結(jié)果表明：

• 野生型幼鼠每分鐘平均約發(fā)出78次超聲波。

• 攜帶I197V變體的小鼠每分鐘平均約發(fā)出63次超聲波。

• S音節(jié)（簡單音節(jié)）在攜帶I197V變體小鼠中的占比上升，但其振幅顯著降低。

這一結(jié)果表明，人類特有的I197V變體可能影響了超聲波發(fā)聲的頻率和強度，從幼年時期便開始塑造個體的發(fā)聲特征。

成年小鼠的發(fā)聲模式

接著，研究人員分析了成年小鼠的發(fā)聲模式。成年小鼠的超聲波同樣由 S、D、U 和 M 四種音節(jié)組成，并通常以長而連續(xù)的序列形式出現(xiàn)，特別是在求偶期間。

為了探究I197V變體是否影響成年小鼠的發(fā)聲模式，研究人員對比了攜帶人類變體（I197V）的雄性小鼠與攜帶祖先基因的野生型雄性小鼠在求偶期間的發(fā)聲行為。

結(jié)果顯示，攜帶人類變體的小鼠在求偶期間的發(fā)聲行為也出現(xiàn)了顯著的改變。這種改變體現(xiàn)為音節(jié)序列結(jié)構(gòu)的明顯差異，表明I197V變體可能對發(fā)聲控制機制產(chǎn)生了重要影響。

人類進化的基因印記

研究團隊進一步分析了8個人類基因組與3個尼安德特人基因組以及1個丹尼索瓦人基因組，發(fā)現(xiàn)尼安德特人和丹尼索瓦人所攜帶的NOVA1仍然與所有非人類動物相同，而現(xiàn)代人類攜帶I197V變體。

接著，他們在數(shù)據(jù)庫中檢索了650,058個現(xiàn)代人基因組，發(fā)現(xiàn)僅6人未攜帶I197V變體，其余所有現(xiàn)代人類均擁有這一變異。

這一發(fā)現(xiàn)表明，I197V變體最早出現(xiàn)在非洲的現(xiàn)代人祖先中，并可能因賦予更強的聲音交流能力而成為優(yōu)勢基因。隨著人類的遷徙，這一變體逐漸擴散至全球。

未來方向

這些發(fā)現(xiàn)進一步支持了NOVA1在語言演化中的潛在作用，并暗示I197V變體可能在早期現(xiàn)代人類的聲音交流進化過程中發(fā)揮了關(guān)鍵作用。

展望未來，研究人員計劃進一步探究NOVA1在語言和神經(jīng)發(fā)育障礙中的作用，特別是它如何影響非語言型自閉癥和發(fā)育遲緩。這些發(fā)現(xiàn)可能具有重要的臨床意義，從發(fā)育障礙到神經(jīng)退行性疾病，理解NOVA1的作用可能為疾病研究提供新的方向。

#參考來源：

https://www.rockefeller.edu/news/37279-a-single-protein-may-have-helped-shape-the-emergence-of-spoken-language/

https://www.nature.com/articles/s41467-025-56579-2

#圖片來源：

封面圖&首圖：Darnell lab