Begin van onze slimheid is 500 mln jaar oud

De gewervelde dieren onderscheiden zich van andere door complexer gedrag. Dat danken ze aan een dubbele verdubbeling van genen.

Onze intelligentie is geboren in een genetisch ongeluk. Een half miljard jaar geleden verdubbelde het complete genoom van onze verre voorouder, tot twee keer toe. Plots waren er van elk gen vier kopieën. Het waren deze extra kopieën die uiteindelijk de evolutie van intelligentie en complex gedrag in gewervelde dieren mogelijk maakten.

Veel dubbele genen gingen hierna weer verloren, maar in één familie van intelligentiegenen (de Dlg-familie) bleven ze alle vier behouden. Deze genen zijn actief in de synapsen, de ruimte tussen zenuwcellen waar signalen worden overgedragen.

Elk van de vier kopieën in deze familie blijkt nu een andere rol te spelen in het cognitieve repertoire van mens en muis, zoals het aanleggen van herinneringen of het vasthouden van aandacht tijdens het leren. Gisteren beschreven Britse biologen hun onderzoek in een dubbelpublicatie in het wetenschappelijke tijdschrift Nature Neuroscience.

„Van deze genfamilie was al bekend dat mutaties mensen gevoeliger kunnen maken voor schizofrenie of autisme” , zegt Seth Grant, hoogleraar moleculaire neurowetenschappen aan de University of Edinburgh, aan de telefoon. Hij doet al jaren onderzoek naar de genetische grondslag van leren en intelligentie.

Grant en zijn collega’s maakten muizen waarin steeds één van de vier genen volledig was uitgeschakeld. Vervolgens kregen de muizen een touchscreen voor hun snuit. In de simpelste testjes werden de dieren beloond met een muizensnack als ze met hun neus tegen het juiste figuurtje drukten. In moeilijkere varianten kregen de muizen alleen een beloning als ze de juiste figuur aan een bepaalde kant van het scherm .

Muizen waarin de vierde kopie was uitgeschakeld vertoonden ernstige leerproblemen. Gedurende de training haalden ze nog wel snacks op als het touchscreen oplichtte, maar ze leerden niet meer dat ze met hun neus op het scherm moesten drukken om de volgende beloning te krijgen.

Het uitschakelen van de tweede kopie had subtielere gevolgen. Dezer muizen lukte bijvoorbeeld niet een figuur met een bepaalde locatie op het scherm te associëren. Ook maakten deze muizen meer fouten als het figuurtje maar kort in beeld verscheen. De Britten concluderen daaruit dat de aandacht van de muis ernstig verslapte.

Mensen met mutaties in deze tweede kopie hebben dezelfde leerproblemen, ontdekten onderzoekers. Zij onderwierpen vier dragers van deze mutatie aan een soortgelijk testje op een tablet-computer. Bij drie van deze proefpersonen was schizofrenie geconstateerd.

„Dat wij ook mensen kunnen testen is het grote voordeel van onze aanpak” vertelt Grant. „Klassieke leerexperimenten zijn compleet op dieren afgestemd. Onderzoekers laten muizen bijvoorbeeld door een waterdoolhof navigeren, maar zo’n experiment kun je niet eenvoudig vertalen naar mensen.” Binnenkort gaat Grant met collega’s onderzoeken of de ‘tablettest’ toepasbaar is in de diagnostiek en proefdieronderzoek, bij het zoeken naar nieuwe medicijnen.

Grant denkt dat zijn bevindingen voor alle gewervelden opgaan, dus ook voor reptielen en vogels. „Na de verviervoudiging van ons genoom volgde eerst een periode van diversificatie. Daarna werden de nieuwe functies vastgelegd. Muis en mens deelden 100 miljoen jaar geleden voor het laatste een voorouder, maar toch zie je dat deze genen dezelfde rol spelen in onze intelligentie .”

Volgens Grant verklaren zijn resultaten waarom gewervelden over het algemeen intelligenter zijn dan ongewervelden. „Sommige onderzoekers denken dat dat is omdat wij meer zenuwcellen en grotere hersenen hebben dan ongewervelden”, zegt Grant. „Maar wij laten zien is dat de wortels van deze cognitieve big bang ouder zijn.”