Два набора исходных клеток
На протяжении десятилетий учебники биологии описывали мозг как растущий из одной ранней клетки-предшественника, которая даёт начало каждой части органа. Исследование под руководством Stanford Medicine, опубликованное в Nature Neuroscience 18 сентября, утверждает, что эта картина неверна.
Наблюдая за эмбрионами во время гаструляции — стадии, когда простой кластер клеток организуется в структуры тела, — команда выявила две различные группы нейральных клеток-предшественников. Передний мозг и средний мозг возникают из одной популяции. Задний мозг, который контролирует дыхание, сердечный ритм и глотание, развивается из второй популяции с отдельным происхождением.
«Мы впервые показали, что передняя часть мозга возникает из совершенно иной клетки-предшественника, чем задняя часть мозга», — сказал Кайл Ло, доцент кафедры биологии развития в Стэнфорде и один из старших авторов работы.
Загадка в чашке Петри
Открытие выросло из лабораторной проблемы. Стволовые клетки из передней части мозга было легко выращивать в чашке, тогда как клетки, предназначенные стать тканью заднего мозга, почти никогда не приживались. Новая работа объясняет почему: более ранние эксперименты пытались превратить предшественников переднего и среднего мозга в клетки заднего мозга, что, как показывает исследование, невозможно. Начав с правильной популяции предшественников, исследователи вырастили нейроны, которые генерировали потенциалы действия и производили белки, маркирующие сегменты заднего мозга, контролирующие лицевые и глотательные мышцы.
550 миллионов лет проводки
Затем команда заглянула в эволюционное прошлое. Они обнаружили ту же двухoriginную схему у кур, рыбок данио и желудевых червей — небольших существ на дне океана, которые имеют далёкого общего предка с людьми. Медузы, которые отделились от человеческой линии около 600–700 миллионов лет назад, сохраняют две нервные системы на разных концах своих тел.
Авторы утверждают, что эволюция не изобрела мозг с нуля. Она взяла две нервные системы, которые уже существовали, и сдвинула их вместе пространственно. «Иметь мозг как один орган, вероятно, было бы эффективнее, но мы полагаемся на этот изначальный способ создания мозга как двух отдельных частей», — сказал Ло. Поскольку две половины построены по разным правилам, открытие может изменить то, как исследователи моделируют в лаборатории такие состояния, как нарушения заднего мозга.