为什么只有人类会说话？这个基因发挥关键作用

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语言是人类社会的核心，它不仅仅是沟通的工具，更是人类智慧的象征，语言的出现使得我们能够构建文明、传承知识、表达情感。

不过，大家有没有好奇过：在动物王国里，鹦鹉能学舌，海豚能发出复杂的声波，甚至连猫猫狗狗都能用叫声表达情绪，但为什么只有人类能够通过语言进行如此复杂的交流呢？

近年来，随着基因编辑技术和神经科学的发展，科学家们开始从基因层面探索人类语言能力的奥秘。

最近，一项发表在《自然·通讯》杂志上的研究引起了广泛关注。科学家们发现了一个可能与人类语言能力相关的基因变异——NOVA1基因中一个小小的氨基酸变化。这个变异在现代人类中普遍存在，但在我们的近亲尼安德特人和丹尼索瓦人中却不存在。

研究团队通过一系列实验，试图揭示这个基因变异如何影响人类的语言能力，甚至可能在人类进化过程中发挥了关键作用。

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实验对象与流程

为了研究NOVA1基因变异的影响，研究者选择了实验对象——我们熟悉的小鼠们。

通过基因编辑技术，他们将人类特有的NOVA1基因变异（I197V）引入小鼠体内，从而创造出“人源化”小鼠模型（Nova1hu/hu）。

这些小鼠在基因上模拟了现代人类的特征，但又保留了小鼠的其他生物学特性，这使得科学家们能够在活体动物中观察基因变异对神经系统和行为的影响。

实验流程包括多个步骤。首先，科学家们通过基因编辑技术将I197V变异引入小鼠胚胎，并通过多代繁殖确保基因的稳定表达。

随后，他们对这些“人源化”小鼠进行了全面的行为和神经生物学分析。这包括观察小鼠的发育情况、脑部基因表达模式，以及最重要的——小鼠的叫声模式。

因为语言能力的核心在于声音的产生和调控，而小鼠的超声波叫声（USV）是研究其声音交流的重要窗口。

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关键基因——NOVA1

经过一系列精心设计的实验，研究人员发现了NOVA1基因变异对人类语言能力可能产生的深远影响。

通过对“人源化”小鼠（Nova1hu/hu）和野生型小鼠（Nova1wt/wt）的详细分析，他们发现，尽管I197V变异位于NOVA1蛋白的RNA结合域内，但它似乎并未对蛋白的RNA结合能力产生显著影响。

实验显示，NOVA1hu蛋白与RNA的结合能力与野生型蛋白几乎完全一致（下图2i、j），这表明I197V变异并没有直接破坏其RNA结合功能。

然而，这种变异却在基因的可变剪接（Alternative Splicing, AS）过程中发挥了显著作用。

简单地解释一下，可变剪接是基因表达调控的重要环节，它允许一个基因通过不同的剪接方式产生多种蛋白质产物。

△ 进化上保守的NOVA1在位置197处具有现代人类特异性氨基酸

具体而言，研究发现，携带I197V变异的小鼠在多个与声音交流相关的基因上表现出显著的剪接变化，例如与人类智力相关的基因Fnbp1l和与钙信号传导相关的基因Itpr1都出现了剪接模式的改变。

这些变化可能通过影响这些基因的蛋白质产物功能，进而调节神经系统的发育和功能。

与此同时，在小鼠的大脑中，携带人类特有变异的小鼠与野生型小鼠在基因表达水平上几乎没有差异。

这表明I197V变异并没有导致全局性的基因表达失调，而是选择性地影响了某些特定基因的剪接模式。

这种选择性的影响可能为神经系统功能的微调提供了可能性，尤其是在与声音交流相关的神经通路中。

这种似穿针引线般的精准调控机制解释了为什么I197V变异能够在不干扰整体基因表达的情况下，对特定的生物学功能产生深远影响。

△ 人特异性氨基酸取代不影响小鼠发育、基因表达和NOVA1的RNA结合特性

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神奇的“人源化”小鼠

其次，在行为学方面，研究者们观察到“人源化”小鼠的叫声模式发生了显著变化。

无论是幼鼠还是成年鼠，它们的超声波叫声（USV）在频率、持续时间和复杂性上都与普通小鼠有所不同。具体来说：

✦ 幼鼠的叫声中高频部分的比例增加，而叫声的振幅（即声音的强弱）有所降低。这表明幼鼠在发出求救信号时，其声音的“音调”发生了改变。

✦ 成年鼠在求偶时发出的复杂叫声变得更加复杂。例如，它们的叫声中高频部分的频率变化更加丰富，且持续时间更长。

这种变化可能使它们在求偶过程中更具吸引力，类似于人类在交流中通过语音语调的变化来传递情感和意图。

△ Nova1hu/hu 小鼠表现出改变的声音模式

这些叫声的变化并非简单的音量或频率的改变，而是涉及到声音的复杂性、音调的多样性以及交流的有效性。

这表明NOVA1基因变异可能通过影响大脑中的特定神经通路，改变了小鼠的声音交流方式。

换句话说，这个小小的基因变异可能让小鼠的“语言”变得更加复杂和多样化。

最后，在演化层面，研究人员通过对大量人类基因组数据的分析，发现NOVA1基因的I197V变异在人类进化过程中经历了一次强烈的自然选择。

这种变异在现代人类中几乎完全固定，表明它可能在人类祖先中具有重要的生存优势。

综上，结合分子和行为学层面的发现，研究者推测，NOVA1基因的I197V变异可能通过调控大脑中的基因表达和神经通路，影响了人类的语言能力。

这种能力不仅让人类能够更有效地交流信息，还促进了社会结构的复杂化和文化的传承。

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小结

通过这项研究，我们不仅揭开了人类语言能力起源的一角，还看到了基因与行为之间复杂而精妙的联系。

NOVA1基因变异的故事告诉我们：即使是一个微小的基因变化，也可能对一个物种的进化产生深远的影响！

从幼鼠的叫声到成年鼠的求偶交流，从基因的可变剪接到大脑神经通路的调控，NOVA1基因变异为我们提供了一个理解人类语言能力的独特视角。

然而，这项研究也引发了更多的思考。语言能力的演化不仅仅是基因的改变，它还涉及到大脑结构的复杂化、社会行为的发展以及文化的传承。

未来的研究可能会进一步探索这些因素之间的相互作用，揭示人类语言能力背后的更多奥秘。

而我们，作为人类这个独特物种的一员，也将继续在科学的道路上探索，寻找那些让我们与众不同的基因密码。

撰文：DD｜编辑：lcc

参考资料：

Tajima Y, Vargas CDM, Ito K, et al. A humanized NOVA1 splicing factor alters mouse vocal communications. Nat Commun. 2025;16(1):1542. Published 2025 Feb 18. doi:10.1038/s41467-025-56579-2