Исследователи из Stanford Medicine выявили, что передний и задний мозг возникают из двух отдельных линий клеток-предшественников, которые расходятся на ранних этапах развития эмбриона. Передний и средний мозг формируются из одной популяции, задний — из другой. Учёные предполагают, что эволюция объединила две древних, существовавших отдельно нервные системы. Результаты опубликованы в Nature Neuroscience.
Ранее считалось, что все части мозга развиваются из единого предшественника, от которого постепенно ответвляются будущие области. Группа биолога развития Кайла Ло получила иную картину. При анализе эмбрионов мышей исследователи обнаружили две популяции клеток, возникающие параллельно во время гаструляции с изначально различными судьбами развития.
Предшественники переднего и среднего мозга экспрессировали ген Otx2, тогда как клетки заднего мозга связаны с Gbx2. Эти группы не пересекались. Анализ структуры генома показал разные паттерны доступности генов, которые с самого начала направляют клетки по двум противоположным путям. По данным исследователей, переключить одну популяцию в другую после разделения невозможно.
Команда повторила эксперимент на человеческих плюрипотентных стволовых клетках. Выбирая правильный путь развития на самых ранних стадиях, учёные получили клетки переднего и среднего мозга отдельно от клеток заднего мозга. Впервые они вырастили функциональные моторные нейроны определённых сегментов заднего мозга — ромбомеров 5 и 6. Эти клетки генерировали электрические импульсы и имели молекулярные признаки нейронов, управляющих мышцами лица и глотки.
Практическое применение может оказаться столь же значимым, как пересмотр модели развития мозга. Получить достоверные нейроны заднего мозга в лабораторных условиях было сложно. Новый метод предоставляет исследователям клеточную модель для изучения заболеваний, поражающих эти нейроны — спинальной мышечной атрофии и бокового амиотрофического склероза.
Самый неожиданный результат появился при сравнении развития у других животных. Сходные передний и задний пути обнаружились у кур, рыб данио и желудевых червей. Последние принадлежат к полухордовым и отделились от предков позвоночных сотни миллионов лет назад. Авторы предполагают, что разделение двух нервных систем существовало уже около 550 млн лет назад.
На основе этого команда предлагает эволюционную гипотезу. Вместо того чтобы появиться как единое целое и затем разделиться на области, мозг мог возникнуть в результате сближения двух уже существовавших нервных систем, которые со временем объединились анатомически. Исследователи описывают это как пространственное приближение двух древних систем друг к другу.
Это не означает, что в человеческой голове находятся два самостоятельных мозга. У взрослого человека все структуры работают как единая интегрированная система. Исследование показывает, что анатомически цельный орган может иметь два существенно различающихся эмбриональных и, вероятно, эволюционных происхождения.
