Het menselijk brein is een mozaïek van duizenden soorten neuronen, elk met specifieke functies. Sinds de wetenschap beschikt over instrumenten zoals single-cell sequencing, is ontdekt hoe belangrijk die diversiteit is om te verklaren wat ons onderscheidt van andere dieren. Er is echter ook een vraag gerezen die moeilijk te ontwijken is: waarom komen bepaalde ontwikkelingsstoornissen, zoals autisme, zo vaak voor bij mensen in vergelijking met andere soorten?
Een recent onderzoek gepubliceerd in Molecular Biology and Evolution biedt een verrassend antwoord. Volgens de onderzoekers hebben sommige van dezelfde genetische veranderingen die het ontstaan van unieke vaardigheden bij onze soort hebben bevorderd, zoals taal en complexe cognitie, er ook voor gezorgd dat bepaalde neuronen gevoeliger zijn geworden voor mutaties. In de woorden van het artikel: “wij suggereren dat de uitzonderlijk hoge prevalentie van autisme bij mensen een direct gevolg kan zijn van natuurlijke selectie”. In plaats van het als een fout te presenteren, beschouwt het onderzoek autisme als een natuurlijk gevolg van de menselijke evolutie.
De algemene regel van neuronale evolutie
De auteurs, Alexander L. Starr en Hunter B. Fraser, gingen uit van een eenvoudige observatie: in de biologie zijn de meest voorkomende eiwitten meestal evolutionair beter geconserveerd dan die welke in kleinere hoeveelheden worden geproduceerd. De logica is duidelijk, aangezien elke schadelijke verandering in een eiwit dat in grote hoeveelheden wordt geproduceerd een veel grotere impact heeft op het voortbestaan van het organisme. De onderzoekers vroegen zich af of dezelfde regel ook van toepassing was op soorten neuronen.
Om dit te controleren, analyseerden ze enorme databases met enkelvoudige nucleaire sequenties in drie hersengebieden van zoogdieren. Het resultaat was overtuigend. De meest voorkomende neuronen vertonen een grotere conservatie van hun genetische expressie tussen soorten, terwijl de minder voorkomende neuronen sneller evolueren. Dit patroon, dat zich herhaalt bij mensen, chimpansees, gorilla’s, makaken en muizen, onthult een algemeen principe van de cellulaire evolutie.
Het meest interessante kwam naar voren bij het observeren van de uitzondering. Het blijkt namelijk dat in de menselijke afstamming een bepaald veelvoorkomend type neuron in de cortex – de zogenaamde L2/3 IT – meer is veranderd dan verwacht. De evolutie ervan versnelde juist bij onze soort en dat fenomeen bevat de sleutel tot de relatie tussen autisme en evolutie.
De neuronen die te snel evolueerden
L2/3 IT zijn prikkelende neuronen die verschillende delen van de hersenschors met elkaar verbinden. Ze komen zo veel voor dat elke verandering in hun werking de interne communicatie van de hersenen kan beïnvloeden. Toch ontdekten de onderzoekers dat deze neuronen bij mensen snel zijn gedivergeerd in vergelijking met chimpansees en andere primaten.
De studie sluit uit dat deze versnelling het gevolg is van toeval. In plaats van mutaties die zich zonder selectieve druk hebben opgehoopt, laten de gegevens een patroon zien dat overeenkomt met positieve selectie, dat wil zeggen veranderingen die werden bevorderd omdat ze adaptieve voordelen opleverden. Deze snelle evolutie viel samen met een afname in de expressie van genen die verband houden met autisme. Volgens het artikel werd dit fenomeen waarschijnlijk aangedreven door specifieke polygene positieve selectie bij de mens.
Deze bevinding is in twee opzichten opmerkelijk. Enerzijds verklaart het waarom autisme veel vaker voorkomt bij onze soort. Anderzijds roept het de paradox op dat dezelfde processen die onze cognitieve vermogens hebben versterkt, ook de kans op neurologische variaties zouden kunnen vergroten.
Autisme, schizofrenie en de menselijke uniciteit
De studie legt ook een verband tussen autisme en een andere neurologische aandoening, schizofrenie. Beide aandoeningen hebben dezelfde L2/3 IT-neuronen gemeen en een aanzienlijke genetische overlap. Het onderzoek herinnert eraan dat deze aandoeningen zeer zeldzaam zijn bij andere primaten en dat het bijbehorende gedrag buiten de mens moeilijk te vinden is. Dit suggereert dat ze deel uitmaken van wat ons als soort uniek maakt.
De vermogens die in beide gevallen worden beïnvloed – taal, sociaal begrip, cognitieve flexibiliteit – zijn precies die vermogens die de menselijke uniciteit definiëren. Voor de auteurs is deze samenloop meer dan toeval. “De onevenredige ontregeling van genen die verband houden met autisme en schizofrenie kan het resultaat zijn geweest van natuurlijke selectie op genexpressie”. Deze veranderingen waren geen fout, maar juist de keerzijde van de medaille van de evolutie naar een complexer brein.
Waarom was deze transformatie voordelig? Het onderzoek wijst op twee hypothesen. Een mogelijkheid is dat de verminderde expressie van bepaalde genen heeft bijgedragen aan een vertraging van de hersenontwikkeling na de geboorte, waardoor de leertijd in de kindertijd werd verlengd en het verwerven van geavanceerde cognitieve vaardigheden werd bevorderd. Een andere mogelijkheid is dat diezelfde veranderingen het taalvermogen hebben vergroot, een van de meest kenmerkende eigenschappen van onze soort.
De prijs van een evolutionair voordeel
Het idee dat sommige menselijke kwetsbaarheden de “prijs” zijn van onze evolutionaire voordelen is niet nieuw, maar deze studie biedt een van de duidelijkste bewijzen tot nu toe. Door de evolutionaire versnelling van L2/3 IT en het directe verband met autisme-genen te identificeren, levert het een biologische basis voor deze hypothese.
In de praktijk betekent dit dat neurodiversiteit deel uitmaakt van de evolutionaire geschiedenis van onze soort. Het is geen defect of afwijking, maar een gevolg van dezelfde processen die ons vermogen om te redeneren, te spreken en cultuur te creëren mogelijk hebben gemaakt. Het onderzoek suggereert zelfs dat mensen vatbaarder zijn voor het ontwikkelen van autisme omdat kleine genetische of omgevingsvariaties een groter effect hebben op een neuraal systeem dat zich al dichter bij een kritieke drempel bevindt.
