Исследования ученых из Stanford Medicine показали, что человеческий мозг состоит из двух принципиально разных органов, развивавшихся независимо на протяжении сотен миллионов лет.
Две независимые нервные системы под одной черепной коробкой
Столетиями наука рассматривала мозг как единое целое, развивающееся из общего пучка стволовых клеток. Новая работа специалистов из Stanford University меняет это представление. Как поясняют исследователи, человеческий мозг объединяет две древние нервные системы, которые сформировались раздельно, а затем тесно сблизились в ходе эволюции.
Передняя часть мозга, включающая передний и средний мозг, отвечает за высшую нервную деятельность — мышление, абстрактную логику, язык и сознание. Задняя часть, или ромбовидный мозг, контролирует базовые жизненные процессы: дыхание, сердечный ритм, сон, а также движения лица, языка и глотание.
Различные регионы мозга обладают своими уникальными особенностями. Так, средний мозг регулирует зрение, обработку сенсорных сигналов и моторные рефлексы.
Раздельные генетические пути эмбрионального развития
Прорыв исследователей связан с изучением самых ранних этапов эмбриогенеза на стадии гаструляции, когда тело только приобретает свою форму.
Одна линия клеток экспрессирует ген Otx2 и дает начало переднему и среднему мозгу. Другая линия активирует ген Gbx2 и формирует исключительно задний мозг. Эти траектории движения клеток не пересекаются с самого начала эмбрионального развития. За разделение отвечает хроматин — смесь ДНК, РНК и белков, которая упаковывает длинные молекулы ДНК и определяет, какие именно гены клетка способна активировать.
“Мы впервые показали, что передняя часть мозга возникает из совершенно другого типа клеток-предшественников, чем задняя часть.”
Кайл Ло, старший автор исследования, доцент кафедры биологии развития в Stanford Medicine
Перспективы лечения неизлечимых нейродегенеративных заболеваний
Десятилетиями ученые не могли вырастить нейроны заднего мозга в лабораторных условиях. Попытки заставить клетки переднего мозга превратиться в ткани ствола мозга терпели неудачу, поскольку эти структуры имеют принципиально разное происхождение, а исследователи безуспешно пытались превратить один тип клеток-предшественников в другой, чем они принципиально не способны стать.
Теперь, зная истинное происхождение тканей, исследователи смогли успешно вырастить функциональные моторные нейроны заднего мозга в чашке Петри. Это открытие открывает новые пути для изучения тяжелых патологий, поражающих ствол мозга:
- Спинальная мышечная атрофия (СМА), при которой происходит гибель нейронов заднего мозга и нарушение функций дыхания.
- Боковой амиотрофический склероз (БАС, также известный как болезнь Лу Герига), при котором прогрессирующее разрушение нейронов приводит к утрате способности глотать и дышать.
Эволюционные корни возрастом 550 миллионов лет
Прослеживая эволюционную историю открытия, исследователи обнаружили аналогичную двухчастную структуру нервной системы у куриц, рыбок данио-рехи, а также у более отдаленных общих предков человека — желудевых червей, которые разделили общего предка с нами около 550 миллионов лет назад, и даже у медуз. Подобная архитектура демонстрирует, что древние раздельные системы существовали задолго до появления человека.
“Наше исследование предполагает, что в ходе эволюции две существовавшие ранее нервные системы просто сблизились в пространстве. Иметь единый мозг было бы, наверное, эффективнее, но мы зависим от этого первобытного способа построения мозга из двух отдельных частей.”
Райян Джохай, соавтор исследования и аспирант Stanford University
По теме
