撰稿 | 张秀秀 复旦大学脑科学研究院

排版 | AiBrain 编辑团队

达尔文《物种起源》（苗德岁/译）最后一段译文如是说：“生命及其蕴含之力能，最初由造物主注入到寥寥几个或单个类型之中；当这一行星按照固定的引力法则持续运行之时，无数最美丽与最奇异的类型，即是从如此简单的开端演化而来、并依然在演化之中；生命如是之观，何等壮丽恢弘！”

自地球诞生46亿年来，生命从最初的单细胞开始，进行着漫长而轰轰烈烈的演化历险。而时至今日，现代人类的出现堪称为这场演化进程的奇迹。抽象思维能力、灵巧的双手、复杂的语言，都是人类所独有的天赋。人类巧用这些的天赋，创造了科技和艺术等灿烂的文明。而人类如何在漫长的演化历程中获得了这些天赋，究竟是什么使我们人类如此不同，至今仍是未解之谜。而对于这个科学问题的解答，不仅是为了满足人类对探索自身的好奇心，也有助于推动自然智能与人工智能的结合和神经精神疾病的药物开发。

虽然“人特异性的能力为人类先天具有，不能被其他物种后天习得”这一结论听来过分狂妄，但却是基于扎实的实验研究得来。人类学家曾经做过这样有趣的实验：将黑猩猩古亚和人类幼童共同抚养。他们发现虽然黑猩猩能够学会用勺子吃饭等技能，但始终无法像人类幼童一样习得人类的语言。

而与此一致，在人类世界中被喂养长大，甚至走进大学校园的红毛猩猩夏特克，虽也较好的“融入”了人类社会，比如能够使用简单的手语表达自己想要某种口味的冰淇淋的需求，但是仍然无法像人类大学生一样，掌握复杂的知识。

这些新奇的尝试均表明，尽管这些人类进化上的“近亲”在后天的培养中能够表现出较大的潜能，却依旧无法在某些层面上比拟人类的智能。这提示在物种演化的过程中，有些东西发生了本质改变——大脑。

小时候，在庭院纳凉的夏夜，抬头望向天空，常常会被星空的浩瀚所震撼。那一闪闪的繁星，似乎向我们俏皮地诉说着无声的秘密。而其实就在我们的身体中也存在着这样一个神秘迷人的皓皓星空——大脑。人类大脑净重约三磅，由约860亿个神经细胞组成。这些神经细胞的形态也像极了星星，因此人类大脑也被称为神奇的“三磅宇宙”。大脑的不同区域具有不同的分工，有的负责运动控制，有的负责情感认知，有的则是存储记忆；脑区之间又通过复杂的神经环路有序的沟通连接。

结构决定功能。作为物种间最神秘的器官，大脑中怎样的结构变化促进了人类的产生呢？诸老师将其总结为以下四个方面：神经细胞数量的增加、神经细胞本身的变化、特定脑区的扩张以及脑区环路的趋复杂化。

首先，人类大脑的尺寸在进化的过程中变得更大，而人类大脑中沟回褶皱结构更是扩大了大脑的表面积。这些变化，都使得人类大脑中可以容纳更多的神经细胞。其次，诸老师之前的研究中，发现同一种神经细胞类型在进化过程中发生了物种特异性的变化。第三，人类大脑中与认知功能有重要相关的前额叶脑区的扩张，为人类的高智能提供了可能。最后，人类脑区间神经环路的连接方式也更加复杂。

那么，更一步地提问：人类大脑在结构和功能上的变化，是由什么决定的呢？答案并不复杂——基因。

如果说，大脑是我们抬手拍拍脑袋就可以具体可感的器官；那么，基因可能听来更为抽象。但事实上，它也客观地存在于我们身体的每一个细胞当中。

基因是由ATGC四个字符按照特定的顺序排列形成的密码串，它忠实地记录着指导我们身体发育成长的各项指令，在很大程度上决定了我们会成长什么样子——眼睛的颜色、个子的高矮等。在生命诞生之初，分别来自父亲和母亲的一半基因组合并在一起拼成了每个人完整的基因组密码。

地球上每一种生物都具备自己的基因组，就连病毒也不例外。疫情之中我们耳熟能详的“核酸”，其实就是构成病毒和我们的基因组的化学物质。除了少部分病毒的基因组是由RNA组成之外，包括人类在内的绝大多数生物的基因组都是由DNA组成。

由此可见，基因（组）是全地球生物的身份证！虽然每一个地球生物都拥有基因，但是不同物种的基因组并不相同。基因的差异，决定了不同物种的特性。因此，当我们试图理解人类大脑如何进化，需要从基因序列中寻找答案。

但有趣的是，人类与其他灵长类动物在基因组上是非常相似的。人与黑猩猩在DNA水平上相似程度超过98%。如此小的差别是如何导致在大脑结构和功能上的区别呢？虽然有些基因是人类所独有，但也有许多基因在人类和其他动物之间只存在微小的差异。这些差异往往来自于进化过程中的“变异”。研究发现，在基因组中大部分的序列处于“非编码区”，也就是说并不直接编码蛋白质，无法直接起作用。但这些序列中有许多能够通过调控编码区的DNA起作用。因此，无论是编码区的突变还是非编码区的突变，都可以对细胞乃至生物个体的性状产生影响。

影响较大的突变，很容易被自然选择筛选掉，保留下来的较少。突变影响较弱的突变更容易被自然选择保留下来。有些突变对人类有害，会造成轻重程度不一的遗传疾病；也有的突变完全中性，甚至是有益的。

某些人类中特有的突变，可能与人类特有的脑结构和功能有关。诸老师举了FOXP2、ARHGAP11B等基因的例子来对此作出更为详细的解释。FOXP2是一种与人类的语言功能相关的基因，如果因突变失去功能可能造成语言障碍。研究发现，该基因编码序列中与低等动物的差异，可能导致了人类大脑中神经元树突增加、神经元间的连接更为丰富，从而促使了人类独有的语言功能的出现。当然，它并不是唯一与语言相关的基因。将人类的FOXP2“移植”到小鼠中，也并不能让小鼠张口说话。但是，它的发现仍然将我们对人类进化的认知推进了一大步。

此外，人脑进化也具有发育上的基础。诸老师通过将人类与我们进化上的近亲恒河猴进行发育年龄匹配，发现人脑在发育早期和儿童期发生了发育时间的延长，而这两个阶段正是大脑扩张和大脑可塑性的关键阶段。因此，延长的发育时期很可能为人类大脑产生更多的神经元和神经元之间的有效功能连接提供了更为充分的空间。

研究进化也为研究疾病提供了重要的钥匙。某些神经精神类的疾病与基因的突变相关，例如自闭症、精神分裂症、老年痴呆症等。虽然有些风险基因在人和其他物种中都存在，但是突变后对人的影响更为严重，这可能是由于进化赋予了这些基因在人类大脑中更为重要和复杂的功能。有些疾病还在不同人种中具有不同的患病风险，其中很大一部分原因也是源于不同人种在进化过程中积累了不同的基因突变。

针对于此，目前市场有一些“个人基因组分析”的服务，通过分析我们的基因密码，一方面可以分析某个人的祖先大概率来自于哪里，另一方面还可以提供是否携带某些疾病风险基因的信息。但是，值得注意得是，这些分析很可能既不够全面也不够准确。目前科学家们的研究进展，还远远达不到用某个人的基因组解读他或她的“前世今生”的程度。此外，基因也仅仅是决定人体和人脑结构与功能的因素之一。其他许多先天或者后天的因素，也在一个人的成长发育中起到不亚于基因的重要作用。