Ученые выяснили, почему у людей мозг больше, чем у обезьян
Исследование, в котором показано, на каком этапе развития и как человеческий мозг обретает в три раза больше нейронов, чем у обезьян, провели ученые из Великобритании, 24 марта сообщает информационный портал Phys.org.
Данное исследование — первое, в котором показано, как человеческий мозг становится намного больше по сравнению с мозгом шимпанзе и гориллы.
Группа ученых из лаборатории молекулярной биологии Медицинского исследовательского совета (MRC) в Кембридже, Великобритания, обнаружила ключевой молекулярный переключатель, который может заставить органоиды мозга обезьян расти больше, чем органоиды человека, и наоборот.
В исследовании сравнивались «органоиды мозга» — трехмерные ткани, выращенные из стволовых клеток, которые моделируют раннее развитие мозга, — человека, гориллы и шимпанзе.
Подобно настоящему мозгу, органоиды человеческого мозга выросли намного больше, чем органоиды человекообразных обезьян.
Руководитель исследования, доктор Мэдлин Ланкастер, которая была частью команды, создавшей первые органоиды мозга в 2013 году, заявила: «Это одно из первых представлений о том, чем отличается развивающийся человеческий мозг, что отличает нас от наших ближайших ныне живущих родственников. Самая потрясающая разница между нами и другими обезьянами заключается в том, насколько невероятно большой наш мозг».
На ранних этапах развития мозга нейроны состоят из стволовых клеток, называемых нейронными предшественниками. Эти клетки-предшественники изначально имеют цилиндрическую форму, что позволяет им легко делиться на идентичные дочерние клетки. Чем чаще нейронные клетки-предшественники размножаются на этом этапе, тем больше нейронов будет позднее.
По мере созревания клеток и замедления их размножения они удлиняются, образуя форму растянутого конуса. Ранее исследования на мышах показали, что их нейроны-предшественники созревают и приобретают коническую форму и замедляют свое размножение в течение нескольких часов.
Теперь органоиды мозга позволили ученым понять, как это развитие происходит у людей и обезьян. Ученые обнаружили, что у горилл и шимпанзе этот переход занимает много времени — около пяти дней.
Человеческие клетки-предшественники еще дольше задержались на данной стадии — приблизительно семь дней. Кроме того, цилиндрическую форму они сохраняют намного дольше, чем у человекообразных обезьян, и за это время они чаще делятся, производя больше клеток.
Эта разница в скорости перехода от нейронных предшественников к нейронам означает, что у человеческих клеток больше времени для размножения. Это, по мнению ученых, может быть причиной того, что в мозге человека в три раза большее количество нервных клеток по сравнению с мозгом обезьян.
Доктор Ланкастер сообщила: «Мы обнаружили, что отсроченного изменения формы клеток в раннем мозге достаточно, чтобы изменить ход развития, помогая определить количество образовавшихся нейронов. Примечательно, что относительно простое эволюционное изменение формы клеток могло иметь серьезные последствия для эволюции мозга».
Чтобы раскрыть генетический механизм, управляющий этими различиями, исследователи сравнили экспрессию генов, которые включаются и выключаются в органоидах мозга человека и обезьян. Они выявили различия в гене под названием «ZEB2», который в органоидах мозга горилл активизировался раньше, чем в органоидах мозга человека.
Чтобы проверить действие гена на клетки-предшественники горилл, они отсрочили действие ZEB2. Это замедлило созревание клеток-предшественников, из-за чего органоиды мозга гориллы развивались подобно человеческим — медленнее и крупнее.
И наоборот, более быстрое включение гена ZEB2 в человеческих клетках-предшественниках способствовало преждевременному переходу в нейроны, так что они развивались больше как органоиды обезьян.
Исследователи отмечают, что изучаемые органоиды являются моделью и, как и все модели, не полностью воспроизводят реальный мозг, особенно зрелую функцию мозга. Но что касается фундаментальных вопросов об эволюции человека, то эти ткани мозга в пробирке дают беспрецедентно новое представление о ключевых стадиях развития мозга, которые иначе было бы невозможно изучить.
