主要的國際研究工作正在重塑人們長期以來的信念，即鉛暴露主要是一個現代問題。新發現表明，早期人類祖先在兩百萬年的時間裡反復接觸鉛。這表明這種有毒金屬可能在塑造大腦、行為和語言的進化方面發揮意想不到的作用。
教育 – 發表於 科學進步 ——也為現代人類最終超越尼安德特人的原因提供了新的視角。實驗室培養的具有尼安德特人遺傳多樣性的大腦類器官比具有人類遺傳多樣性的大腦類器官對鉛的反應更強烈。這表明尼安德特人可能更容易受到鉛的神經系統影響。
來自南十字星大學（澳大利亞）地質和考古研究小組（GARG）、西奈山醫院伊坎醫學院環境醫學系（美國紐約）和加州大學聖地亞哥分校（美國加州大學聖地亞哥分校）醫學院的研究人員將化石化學結合起來。腦類器官實驗和進化遺傳學 發現鉛如何在人類歷史中發揮重要作用。
牙齒化石中古代鉛暴露的證據
許多年前，人們認為鉛毒性與人類工業密切相關。這包括冶煉、採礦以及含鉛油和塗料的使用。當研究人員分析了來自不同古人類和類人猿的 51 顆牙齒化石後，這種觀點發生了變化。包括非洲南方古猿、粗壯猿、早期人、尼安德特人。智人的牙齒顯示出週期性鉛暴露的明顯化學跡象。這可以追溯到近兩百萬年前。
南十字星大學 GARG 中心（位於新南威爾士州利斯莫爾）和西奈山暴露組學實驗室進行的高精度激光燒蝕地球化學揭示了牙釉質和牙本質中明顯的“先導帶”。這些條帶出現在兒童時期，表明暴露於環境來源（例如受污染的水、土壤或火山）中的鉛，或來自積聚在人體骨骼中並在壓力或疾病期間釋放的鉛的時期。
“我們的數據表明，鉛暴露不僅僅是工業革命的產物。而且它也是我們進化景觀的一部分，”Renaud Joannes-Boyau 教授說。南十字星大學 GARG 研究小組負責人說道。
“這意味著我們祖先的大腦是在強效有毒金屬的影響下進化的。這可能塑造了他們數千年來的社會行為和認知能力。”
鉛如何與早期大腦發育相互作用？
了解這種暴露的功能影響。該團隊研究了人腦中的類器官。它是實驗室中培養的早期大腦發育的簡單模型。他們測試了鉛如何影響關鍵發育基因 NOVA1 的兩個版本，該基因在神經發育過程中鉛暴露下控制基因表達。現代人類版本的 NOVA1 與尼安德特人和其他滅絕的原始人類中發現的變異不同，儘管這種進化變化的原因此前尚不清楚。
當含有尼安德特人樣 NOVA1 變體的類器官暴露於鉛時，皮質和丘腦中表達 FOXP2 的神經元表現出顯著的破壞。這些大腦區域對於語言和言語的發展至關重要。含有現代人類 NOVA1 基因的類器官顯示出的破壞要少得多。
兒科/細胞和分子醫學教授、加州大學聖地亞哥分校桑福德干細胞研究所綜合空間幹細胞軌道研究中心主任 Alysson Muotri 教授說：“這些結果表明，我們的 NOVA1 變體可能有助於防止鉛對神經系統的有害影響。
“這是一個非凡的例子，說明環境壓力（在本例中是鉛毒性）如何驅動基因變化來提高生存率和我們使用語言進行交流的能力？但它現在也影響我們對現代鉛暴露的敏感性。”
現代人類崛起的遺傳學見解
該研究的遺傳和蛋白質組數據表明，古代遺傳多樣性類器官中的鉛暴露破壞了多種途徑。與神經發育、溝通和社會行為相關 考慮到 FOXP2 在言語和語言中的既定作用，FOXP2 的破壞尤其值得注意。這些結果表明，環境毒素的長期壓力可能刺激了現代人類和尼安德特人沿著不同進化路徑的認知和交流特徵。
“這項研究表明環境暴露如何影響我們的進化，”環境醫學教授兼副主席曼尼什·阿羅拉（Manish Arora）說。
“從物種間競爭的角度來看，注意到接觸毒素可以提供整體生存優勢。它為環境醫學提供了一個新的範式，以研究與環境暴露相關的疾病的進化根源。”
古代的鉛暴露對今天的我們意味著什麼？
儘管大多數現代鉛暴露與工業活動有關，但它仍然構成嚴重的健康威脅。新的研究結果表明，人類對鉛的敏感性可能深深植根於我們的進化歷史，並受到基因與環境之間相互作用的影響。
Joannes-Boyau He 教授補充說：“我們的工作不僅改寫了鉛暴露的歷史。而且它還提醒我們，基因與環境之間的相互作用已經塑造了我們的物種數百萬年，並且將繼續如此。”
該研究考察了來自非洲、亞洲、歐洲和大洋洲的牙齒化石。它使用詳細的地球化學測繪來追踪兒童鉛暴露情況。與此同時，含有現代或古代 NOVA1 基因的大腦類器官被用來研究鉛如何影響大腦發育。 FOXP2 是語言的核心基因，這一點受到了特別關注。遺傳、轉錄組和蛋白質組分析相結合，使人們對鉛如何影響人類認知和社會行為的進化有了更廣泛的了解。
