Ученые из Стэнфордской медицинской школы установили, что мозг человека — это не единый орган, а два разных органа, которые независимо друг от друга развивались на протяжении сотен миллионов лет эволюции. Открытие ставит под сомнение теорию, согласно которой весь мозг формируется из одной клетки-предшественника на ранних стадиях развития эмбриона. Работа опубликована в журнале Nature Neuroscience.
Исследователи выяснили, что в организме сочетаются две древние нервные системы: одна — более примитивная, которая регулирует сердцебиение, дыхание и другие рефлекторные функции, а вторая отвечает за высшие когнитивные способности человека, включая речь и абстрактное мышление.
Ученые обнаружили это, изучая эмбрионы мышей на стадии гаструляции — начального этапа формирования тела. Оказалось, что задний мозг (ромбэнцефалон) развивается по отдельному пути, параллельному, а не производному от пути, формирующего передний и средний мозг. Ученые выявили две группы клеток-предшественников. Одна экспрессирует ген Otx2 и становится передним и средним мозгом, другая экспрессирует ген Gbx2 и формирует задний мозг — эти популяции клеток никогда не пересекаются с самых ранних стадий развития.
Таким образом, передняя часть мозга возникает из совершенно другой клетки-предшественника, чем задняя часть мозга. По словам ученых, их открытие означает, что теперь специалисты смогут выращивать нейроны заднего мозга в чашке Петри и изучать их функции.
Открытие может объяснить, почему исследователям десятилетиями не удавалось выращивать в лаборатории нейроны заднего мозга, — раньше они пытались превратить клетки-предшественники переднего и среднего мозга в клетки заднего мозга, что, как показало исследование, невозможно в принципе. Используя новые знания, команда впервые заставила стволовые клетки человека превратиться в функциональные двигательные нейроны заднего мозга: они демонстрировали электрическую активность и вырабатывали белки, характерные для сегментов заднего мозга, отвечающих за мышцы лица и глотания. Это открывает новые возможности для изучения спинальной мышечной атрофии (СМА) и бокового амиотрофического склероза (БАС) — заболеваний, при которых постепенно отказывают нейроны заднего мозга, из-за чего пациенты теряют способность глотать и дышать.
Исследователи проследили эту закономерность на 550 млн лет назад — и обнаружили тот же двухкомпонентный паттерн формирования мозга у куриц, рыбок данио и морских желудей — существ, живущих на дне океана и имеющих общего с человеком далекого предка. У медуз, которые разошлись с человеком по эволюционному пути 600–700 млн лет назад, две нервные системы расположены на разных концах тела.
