2組の出発細胞
何十年もの間、生物学の教科書は脳を、器官のあらゆる部分を生み出す単一の初期前駆細胞から成長するものとして描写してきた。9月18日にNature Neuroscienceに掲載されたスタンフォード大学医学部主導の研究は、その描像は誤りだと述べている。
単純な細胞の塊が身体構造へと組織化される原腸形成の段階で胚を観察し、研究チームは2つの異なる神経前駆細胞群を特定した。前脳と中脳は一方の集団から生じる。呼吸、心拍数、嚥下を制御する後脳は、別の起源を持つ第2の集団から発達する。
「脳の前部が脳の後部とはまったく異なる前駆細胞から生じることを初めて示しました」と、スタンフォード大学の発達生物学准教授でこの研究の上級著者の一人であるカイル・ローは述べた。
培養皿の中の謎
この発見は実験室での問題から生まれた。脳の前部からの幹細胞は培養皿で容易に増殖したが、後脳組織になるはずの細胞はほとんど定着しなかった。新しい研究はその理由を説明する。以前の実験は前脳と中脳の前駆細胞を後脳細胞に変えようとしたが、研究はそれが不可能であることを示している。正しい前駆細胞集団から出発して、研究者たちは活動電位を発火し、顔面と嚥下の筋肉を制御する後脳分節を示すタンパク質を産生するニューロンを育てた。
5億5,000万年の配線
次にチームは進化の時間を遡って調べた。彼らはニワトリ、ゼブラフィッシュ、そして人類と遠い祖先を共有する海底の小さな生物であるギボシムシにも同じ二起源パターンを見出した。人類の系統から約6億から7億年前に分岐したクラゲは、体の異なる端に2つの神経系を保っている。
著者らは、進化が脳をゼロから発明したのではないと主張する。すでに存在していた2つの神経系を取り、それらを空間的に押し合わせたのだ。「脳を1つの器官にした方がおそらく効率的だろうが、私たちは脳を2つの別々の部分として作るこの原始的な方法に依存している」とローは述べた。2つの半分は異なる規則で作られるため、この発見は研究者が後脳障害などの病態を実験室でモデル化する方法を変える可能性がある。