To sæt startceller
I årtier har biologibøger beskrevet hjernen som voksende fra en enkelt tidlig progenitorcelle, der giver ophav til hver del af organet. Et studie ledet af Stanford Medicine, offentliggjort i Nature Neuroscience den 18. september, siger, at billedet er forkert.
Ved at observere embryoner under gastrulationen, stadiet hvor en simpel klynge celler organiserer sig til kropsstrukturer, identificerede holdet to forskellige grupper af neurale progenitorceller. Forhjernen og mellemhjernen opstår fra én population. Baghjernen, som styrer vejrtrækning, hjerterytme og synkning, udvikles fra en anden population med en separat oprindelse.
"Vi har for første gang vist, at forsiden af hjernen opstår fra en helt anden progenitorcelle end bagsiden af hjernen," sagde Kyle Loh, lektor i udviklingsbiologi ved Stanford og en af studiets seniorforfattere.
Et puslespil i petriskålen
Opdagelsen voksede ud af et laboratorieproblem. Stamceller fra forsiden af hjernen var nemme at dyrke i en skål, mens celler beregnet til at blive baghjernsvæv næsten aldrig tog til. Det nye arbejde forklarer hvorfor: tidligere eksperimenter forsøgte at lokke forhjerne- og mellemhjerneprogenitorer til at blive baghjernceller, hvilket studiet viser ikke er muligt. Ved at starte fra den korrekte progenitorpopulation dyrkede forskerne neuroner, der affyrede aktionspotentialer og producerede proteiner, der markerer de baghjernssegmenter, som styrer ansigts- og synkningsmuskler.
550 millioner års ledningsnet
Holdet kiggede derefter tilbage gennem evolutionær tid. De fandt det samme to-oprindelsesmønster hos kyllinger, zebrafisk og egeorme, små skabninger på havbunden, der deler en fjern forfader med mennesker. Vandmænd, som skilte sig fra den menneskelige linje for omkring 600 til 700 millioner år siden, holder to nervesystemer ved forskellige ender af deres kroppe.
Forfatterne argumenterer for, at evolutionen ikke opfandt en hjerne fra bunden. Den tog to nervesystemer, der allerede eksisterede, og skubbede dem rumligt sammen. "At have hjernen som ét organ ville sandsynligvis være mere effektivt, men vi er afhængige af denne oprindelige måde at lave hjernen som to separate stykker," sagde Loh. Fordi de to halvdele er bygget efter forskellige regler, kan opdagelsen ændre, hvordan forskere modellerer tilstande som baghjernslidelser i laboratoriet.