Zwei Sätze von Ausgangszellen
Jahrzehntelang beschrieben Biologielehrbücher das Gehirn als aus einer einzigen frühen Vorläuferzelle wachsend, die jeden Teil des Organs hervorbringt. Eine von Stanford Medicine geleitete Studie, die am 18. September in Nature Neuroscience veröffentlicht wurde, besagt, dass dieses Bild falsch ist.
Bei der Beobachtung von Embryonen während der Gastrulation, der Phase, in der sich ein einfacher Zellhaufen zu Körperstrukturen organisiert, identifizierte das Team zwei unterschiedliche Gruppen von neuralen Vorläuferzellen. Das Vorderhirn und das Mittelhirn entstehen aus einer Population. Das Hinterhirn, das Atmung, Herzfrequenz und Schlucken steuert, entwickelt sich aus einer zweiten Population mit eigenem Ursprung.
„Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass der vordere Teil des Gehirns aus einer völlig anderen Vorläuferzelle entsteht als der hintere Teil des Gehirns", sagte Kyle Loh, außerordentlicher Professor für Entwicklungsbiologie in Stanford und leitender Autor der Arbeit.
Ein Rätsel in der Petrischale
Die Entdeckung entstand aus einem Laborproblem. Stammzellen aus dem vorderen Teil des Gehirns ließen sich leicht in einer Schale züchten, während Zellen, die Hinterhirngewebe werden sollten, fast nie gediehen. Die neue Arbeit erklärt warum: Frühere Experimente versuchten, Vorläuferzellen des Vorder- und Mittelhirns dazu zu bringen, Hinterhirnzellen zu werden, was laut der Studie nicht möglich ist. Ausgehend von der richtigen Vorläuferpopulation züchteten die Forscher Neuronen, die Aktionspotentiale auslösten und Proteine produzierten, die die Hinterhirnsegmente markieren, die Gesichts- und Schluckmuskeln steuern.
550 Millionen Jahre Verschaltung
Das Team blickte dann durch die evolutionäre Zeit zurück. Sie fanden dasselbe Muster mit zwei Ursprüngen bei Hühnern, Zebrafischen und Eichelwürmern, kleinen Kreaturen auf dem Meeresboden, die einen entfernten Vorfahren mit dem Menschen teilen. Quallen, die sich vor etwa 600 bis 700 Millionen Jahren von der menschlichen Linie abspalteten, behalten zwei Nervensysteme an verschiedenen Enden ihres Körpers.
Die Autoren argumentieren, dass die Evolution das Gehirn nicht von Grund auf neu erfunden hat. Sie nahm zwei Nervensysteme, die bereits existierten, und schob sie räumlich zusammen. „Das Gehirn als ein Organ zu haben, wäre wahrscheinlich effizienter, aber wir verlassen uns auf diesen ursprünglichen Weg, das Gehirn als zwei getrennte Teile zu bilden", sagte Loh. Da die beiden Hälften nach unterschiedlichen Regeln gebaut werden, könnte die Entdeckung verändern, wie Forscher Erkrankungen wie Hinterhirnstörungen im Labor modellieren.