Kaksi lähtösolujoukkoa
Vuosikymmeniä biologian oppikirjat ovat kuvanneet aivot kasvavan yhdestä varhaisesta esisolusta, joka synnyttää elimen jokaisen osan. Stanford Medicinen johtama tutkimus, joka julkaistiin Nature Neurosciencessa 18. syyskuuta, sanoo, että tämä kuva on väärä.
Seuratessaan alkioita gastrulaation aikana, vaiheessa jossa yksinkertainen solurykelmä järjestäytyy kehon rakenteiksi, ryhmä tunnisti kaksi erillistä hermoston esisolujen ryhmää. Etuaivot ja keskiaivot syntyvät yhdestä populaatiosta. Taka-aivot, jotka säätelevät hengitystä, sydämen sykettä ja nielemistä, kehittyvät toisesta populaatiosta, jolla on erillinen alkuperä.
"Olemme osoittaneet ensimmäistä kertaa, että aivojen etuosa syntyy täysin eri esisolusta kuin aivojen takaosa", sanoi Kyle Loh, Stanfordin kehitysbiologian apulaisprofessori ja työn vanhempi kirjoittaja.
Pulma maljassa
Löytö syntyi laboratorion ongelmasta. Aivojen etuosasta peräisin olevat kantasolut olivat helppoja kasvattaa maljassa, kun taas taka-aivokudokseksi tarkoitetut solut eivät juuri koskaan onnistuneet. Uusi työ selittää miksi: aiemmat kokeet yrittivät taivutella etu- ja keskiaivojen esisoluja taka-aivosoluiksi, mikä tutkimuksen mukaan ei ole mahdollista. Aloittaen oikeasta esisolupopulaatiosta tutkijat kasvattivat neuroneja, jotka tuottivat toimintapotentiaaleja ja tuottivat proteiineja, jotka merkitsevät kasvojen ja nielemislihasten taka-aivosegmenttejä.
550 miljoonaa vuotta kytkentää
Ryhmä katsoi sitten taaksepäin evolutiivisessa ajassa. He löysivät saman kaksiperäisen mallin kanoista, seeprakaloista ja acorn-madoista, pienistä merenpohjan olennoista, jotka jakavat kaukaisen esi-isän ihmisten kanssa. Meduusat, jotka erosivat ihmisen linjasta noin 600–700 miljoonaa vuotta sitten, pitävät kahta hermostoa kehonsa eri päissä.
Kirjoittajat väittävät, että evoluutio ei keksinyt aivoja tyhjästä. Se otti kaksi jo olemassa olevaa hermostoa ja työnsi ne yhteen tilassa. "Aivojen pitäminen yhtenä elimenä olisi todennäköisesti tehokkaampaa, mutta nojaamme tähän alkukantaiseen tapaan tehdä aivot kahtena erillisenä kappaleena", Loh sanoi. Koska molemmat puoliskot rakennetaan eri säännöillä, löytö voi muuttaa sitä, miten tutkijat mallintavat esimerkiksi taka-aivon häiriöitä laboratoriossa.