Мозъкът отдавна изглежда като едно цяло – един орган, който мисли, диша, помни и ни държи живи. Но ново изследване на екип от Stanford Medicine поставя под въпрос точно това. Според учените човешкият мозък всъщност се състои от два отделни органа, съществували независимо в продължение на стотици милиони години, преди еволюцията да ги „опакова“ един до друг.
Откритието, публикувано в Nature Neuroscience, не е просто любопитна подробност от ембриологията. То обяснява защо десетилетия наред учените не са успявали да създадат в лаборатория определени видове неврони и отваря врата към по-добро разбиране на тежки заболявания като спинална мускулна атрофия и амиотрофична латерална склероза, известна като ALS.
Досега доминиращата представа беше, че целият мозък произхожда от един и същ тип начална клетка по време на развитието на ембриона. От нея трябва да се образуват както предната част на мозъка, отговорна за езика, съзнанието и абстрактното мислене, така и задната – мозъчният ствол, който управлява дишането, сърдечния ритъм, съня и глада.
Новото изследване показва нещо различно. Предната част на мозъка – включително големия мозък и средния мозък – и задната част, мозъчният ствол, следват два отделни ембрионални пътя. Те не са едно разклонение на друго, а развиващи се успоредно системи, които по-късно се обединяват в един орган.
„За първи път показахме, че предната част на мозъка възниква от напълно различна начална клетка от задната част“, казва Кайл Ло, доцент по биология на развитието в Станфорд и автор на изследването.
Според него това означава, че учените вече могат да отглеждат неврони от мозъчния ствол в лабораторни условия и да изучават как работят.
Мозъчният ствол често остава в сянката на кората на големия мозък, където се раждат речта, паметта и въображението. Но без него нищо от това няма да има значение. Именно той поддържа дишането, регулира сърцето и управлява мускулите на лицето, езика и гърлото – тоест тези, които позволяват да говорим и да преглъщаме.
Екипът на Ло стига до резултата, като поглежда към най-ранния етап от развитието на ембриона – гаструлацията, когато тялото започва да придобива форма. Изследвайки развиващи се миши ембриони, учените установяват два различни типа начални нервни клетки.
Едните, които експресират генa Otx2, са предопределени да станат предна и средна част на мозъка. Другите, с генa Gbx2, са насочени към мозъчния ствол. Най-важното е, че двете популации никога не се пресичат. Те са взаимно изключващи се още от самото начало.
Следващата стъпка е още по-показателна. Учените анализират начина, по който ДНК е „опакована“ в клетките – така наречения хроматин. Той определя кои гени са лесно достъпни и могат да бъдат активирани, а кои са заключени далеч. Оказва се, че клетките, създаващи предния мозък, и тези за мозъчния ствол имат фундаментално различна организация на хроматина.
С други думи, всяка клетка е заключена в своята съдба. Опитите да се превърнат клетки за предния мозък в неврони на мозъчния ствол са обречени от самото начало.
„Предишните опити вероятно са се опитвали да накарат начални клетки за предния и средния мозък да станат клетки на мозъчния ствол, което нашето изследване показва, че е невъзможно“, обяснява Раян Джохай, аспирант и съавтор на изследването.
След като разбират правилото, изследователите го използват. Те успяват за първи път да накарат човешки плурипотентни стволови клетки – способни да се превърнат в почти всякакъв тип тъкан – да развият функционални двигателни неврони на мозъчния ствол.
Получените клетки не са просто приблизителна имитация. Те показват електрическа активност, характерна за истинските неврони, и произвеждат белтъци, свързани с частите на мозъчния ствол, които контролират мускулите на лицето и преглъщането.
Изследователите не спират до мишките. Сравнявайки данни от различни видове, те откриват същия модел при пилета и други дребни морски животни, които споделят с хората далечен общ предшественик.
„Еволюцията вероятно е взела две съществуващи нервни системи и ги е събрала пространствено“, казва Ло. „Ако мозъкът беше един орган, това вероятно би било по-ефективно. Но ние разчитаме на този първичен начин да го създадем като две отделни части.“
Още по-любопитното е, че медузите, които са се отделили от нашата еволюционна линия преди около 600–700 милиона години, също имат две отделни нервни системи в различните краища на тялото си. Това подсказва, че идеята за „два мозъка“ не е човешка особеност, а може би много древен принцип в еволюцията на нервната система.
Източници: Stanford medicine; Nature Neuroscience.
📩 Абонирай се за бюлетина на Успелите
Получавай най-вдъхновяващите истории от България директно на имейла си.
