Этой загадке более 500 миллионов лет: ученые сделали сенсационное открытие о человеческом мозге

Ученые выяснили, что мозг человека и других животных формируется из двух параллельных систем клеток-предшественников, возникающих на ранних этапах развития эмбриона. Одна из них дает начало переднему и среднему мозгу, а вторая — заднему мозгу.

Об этом говорится в исследовании, опубликованном в Nature Neuroscience.

Мозг начинается с двух разных клеточных систем

Исследователи проследили развитие мозга мышей еще на этапе гаструляции — одного из самых первых этапов формирования эмбриона. Оказалось, что в этот момент одновременно возникают два типа предшественников клеток нервной ткани.

Первый тип, который ученые называют передней нейроэктодермой, впоследствии формирует передний и средний мозг. Второй — задняя нейроэктодерма — дает начало заднему мозгу.

То есть разные части мозга не просто постепенно отделяются от одной универсальной группы клеток. Они с самого начала развития имеют разное клеточное происхождение.

Это подтвердили на человеческих клетках

После экспериментов с мышами ученые проверили, работает ли такая же схема у человека. Для этого они использовали человеческие плюрипотентные стволовые клетки, способные превращаться в разные типы клеток организма.

Исследователи смогли направить их двумя разными путями — к клеткам, характерным для переднего и среднего мозга, или к клеткам заднего мозга. Причем эти клетки обладали разными молекулярными характеристиками еще до того, как превратились в зрелые нервные клетки.

Особенно важным результатом стало то, что ученые смогли получить из человеческих стволовых клеток моторные нейроны заднего мозга. Ранее такие клетки было сложно выращивать в лаборатории, а теперь новый подход может упростить исследование заболеваний, связанных с мозговым стволом.

У клеток есть разные генетические программы

Две группы клеток отличаются не только тем, в какую часть мозга они превращаются. Они также используют разные генетические программы.

Клетки, из которых развиваются передний и средний мозг, экспрессируют ген Otx2, тогда как будущие клетки заднего мозга характеризуются активностью Gbx2. В то же время отличается и то, как в этих клетках упакована ДНК — их так называемые хроматиновые ландшафты имеют разную структуру.

Как объясняет ScienceAlert, именно эта особенность может частично объяснить, почему предыдущие попытки вырастить в лаборатории определенные клетки заднего мозга часто были неудачными: исследователи могли начинать не с того типа предшественников.

Две системы могут быть очень древними

Интереснейшая часть открытия касается не только развития человеческого организма, но и эволюции. Исследователи проверили эмбрионы нескольких видов животных — в частности обезьян, кур, рыбок данио и желудевых червей — и обнаружили похожую двухкомпонентную схему развития нервной системы.

Эти виды имеют общего далекого предка, а их эволюционные линии разошлись примерно 550 миллионов лет назад. Поэтому авторы исследования предполагают, что два типа предшественников клеток могли быть частью плана развития нервной системы на протяжении сотен миллионов лет.

В то же время ученые предостерегают от слишком буквальной трактовки результатов. Исследование показывает, что мозг развивается из двух разных клеточных систем, но пока не доказывает, что эти системы когда-то существовали как два отдельных органа или независимо эволюционировали.

По мнению авторов, мозг современных животных можно рассматривать как единый орган, возникающий из двух древних линий клеток-предшественников. Как именно эти две системы сформировались в ходе эволюции и почему объединились, остается вопросом для будущих исследований.

Напомним, долгое время ученые считали, что выбор рабочей руки — это только биологическая мелочь. Однако современные исследования доказывают, что мозг левшей имеет уникальную «проводку», которая обеспечивает нестандартное мышление и более быстрые реакции.