古代铅暴露可能塑造了人脑的进化
重建灵长类动物对环境铅的暴露。（A） 世界地图，标明了考古和现代样本的来源国。（B）通过激光消融结合电感耦合等离子体质谱（LA-ICP-MS）分析的切片化石牙齿草图。激光在截面上被光栅化，喷射的物质被输送到质谱仪。绿色和虚线描绘了生长环内金属吸收的生物模式[改编自（65）]。（C）中国Queque遗址的G.blacki第三磨牙切片照片（左）。标记区域的208Pb/43Ca分布如右图所示。地球化学图揭示了大量与反复急性暴露于铅有关的生物带。图片来源：科学进展（2025年）
（化石网cnfossil.com）据南十字星大学：一项国际研究改变了人们的观点，即接触有毒金属铅在很大程度上是一种后工业现象。研究表明，我们的人类祖先在两百万多年来定期接触铅，这种有毒金属可能影响了原始人类大脑的进化、行为，甚至语言的发展。
此外，这项发表在《科学进展》上的研究为人类如何战胜他们的表亲尼安德特人这一谜题增添了一块。具有尼安德特人遗传学的大脑类器官模型比人脑更容易受到铅的影响，这表明铅暴露对尼安德特人危害更大。
由澳大利亚南十字星大学地质考古学和考古测量研究小组（GARG）、西奈山医院伊坎医学院环境医学系（美国纽约）和加州大学圣地亚哥分校医学院（UCSD，美国）的研究人员领导，该研究结合了新型化石地球化学， 尖端的大脑类器官实验，以及开创性的进化遗传学，以揭示有关铅在人类历史中的作用的惊人故事。
人类进化的有毒线索
到目前为止，科学家们认为铅暴露在很大程度上是一种现代现象，与采矿、冶炼以及含铅汽油和油漆的使用等人类活动有关。通过分析原始人类和类人猿物种的 51 颗牙齿化石，包括非洲南方古猿、罗布斯人、早期人、尼安德特人和智人，该团队发现了近 200 万年前间歇性铅暴露的明显化学特征。
研究人员在南十字星大学的 GARG 设施（位于新南威尔士州利斯莫尔）和西奈山的 Exposomics 最先进的设施中使用高精度激光消融地球化学，在牙齿中发现了独特的“铅带”，这些带是在儿童时期随着牙釉质和牙本质的生长而形成的。这些条带揭示了从环境来源（例如受污染的水、土壤或火山活动）和人体自身的骨储存中反复吸收铅，这些铅在压力或疾病期间释放。
“我们的数据表明，铅暴露不仅仅是工业革命的产物，它是我们进化景观的一部分，”南十字星大学 GARG 研究小组负责人 Renaud Joannes-Boyau 教授说。
“这意味着我们祖先的大脑是在一种强效有毒金属的影响下发育的，这可能在数千年来塑造了他们的社会行为和认知能力。”
该团队使用人脑类器官（微型实验室培养的大脑模型），比较了铅对一种名为 NOVA1 的关键发育基因的两个版本的影响，该基因已知在神经发育过程中在铅暴露时协调基因表达。现代人类版本的 NOVA1 与尼安德特人和其他已灭绝原始人类中发现的版本不同。图片来源：加州大学圣地亚哥分校
从化石到功能：铅和语言基因
该团队还转向实验室，探索这种古老的暴露可能如何影响大脑发育。他们使用人脑类器官（实验室培育的微型大脑模型）比较了铅对一种名为 NOVA1 的关键发育基因的两个版本的影响，该基因已知在神经发育过程中在铅暴露时协调基因表达。现代人类版本的 NOVA1 与在尼安德特人和其他已灭绝的原始人类中发现的不同，但直到现在，科学家们还不知道为什么会进化这种变化。
当携带古老 NOVA1 变体的类器官暴露于铅时，它们显示出 FOXP2 的活性显着破坏，FOXP2 在皮层和丘脑中表达神经元，大脑区域对言语和语言的发展至关重要。这种效应在具有现代 NOVA1 变体的类器官中要不那么明显。
“这些结果表明，我们的 NOVA1 变体可能提供了针对铅有害神经系统影响的保护，”加州大学圣地亚哥分校儿科/细胞与分子医学教授兼加州大学圣地亚哥分校桑福德干细胞研究所综合空间干细胞轨道研究中心主任 Alysson Muotri 教授说。
“这是一个非凡的例子，说明环境压力（在这种情况下是铅毒性）如何推动基因变化，从而提高生存率和我们使用语言进行交流的能力，但现在也影响了我们对现代铅暴露的脆弱性。”
对携带现代或古老 NOVA1 基因的脑类器官进行的实验室实验检查了铅对大脑发育的影响，重点是 FOXP2，这是一种对言语和语言至关重要的基因。图片来源：加州大学圣地亚哥分校
遗传学、神经毒素和现代人类的形成
这项研究中的遗传和蛋白质组学分析表明，古老变异类器官中的铅暴露破坏了涉及神经发育、社会行为和交流的途径。改变的 FOXP2 活性特别表明古代铅暴露与现代人类语言能力的进化改进之间可能存在联系。
“这项研究显示了我们的环境暴露如何塑造了我们的进化，”环境医学教授兼副主席 Manish Arora 教授说。
“从物种间竞争的角度来看，有毒物质暴露可以提供整体生存优势的观察结果为环境医学提供了一种新的范式，以检查与环境暴露相关的疾病的进化根源。”
从一个古老问题中吸取的现代教训
虽然今天的铅暴露主要是由于人类工业造成的，但它仍然是一个严重的全球健康问题，特别是对儿童而言。研究结果强调了环境毒素与人类生物学的交织有多么深刻，并警告说，我们对铅的脆弱性可能是我们过去的遗传遗产。
“我们的工作不仅改写了铅暴露的历史，”Joannes-Boyau 教授补充道，“它还提醒我们，我们的基因与环境之间的相互作用数百万年来一直在塑造我们的物种，并将继续如此。
该研究分析了来自非洲、亚洲、欧洲和大洋洲的牙齿化石，使用先进的地球化学测绘来识别儿童铅暴露的模式。对携带现代或古老 NOVA1 基因的脑类器官进行的实验室实验检查了铅对大脑发育的影响，重点是 FOXP2，这是一种对言语和语言至关重要的基因。遗传、转录组学和蛋白质组学数据被整合，以全面了解铅如何影响原始人类社会行为和认知的进化。
