Исследование показало, что головной мозг — это два отдельных органа
На протяжении веков наука рассматривала человеческий мозг как единый, цельный орган. Однако революционное исследование опровергает эту классическую догму. Оказалось, что структура, которую мы привыкли называть мозгом, на самом деле состоит из двух совершенно разных органов. Они эволюционировали независимо друг от друга на протяжении сотен миллионов лет. Новые данные, опубликованные в авторитетном научном журнале Nature Neuroscience, доказывают: наш мозг — это конгломерат двух древних нервных систем, объединенных в одном «корпусе».
Открытие опровергает господствовавшую десятилетиями модель развития центральной нервной системы. До этого исследователи были уверены, что весь мозг берет начало от одной клетки-предшественницы на самых ранних стадиях эмбриогенеза. Одна, более примитивная часть, отвечает за базовую жизнедеятельность: сердцебиение, дыхание и сон. Вторая — делает нас людьми, наделяя способностью писать стихи, решать математические задачи и задумываться о собственном происхождении.
Параллельные миры эмбриогенеза
Авторы работы смогли выявить фундаментальный раскол, изучая мышиные эмбрионы на стадии гаструляции, когда тело только начинает формироваться.
Ученые обнаружили две изолированные группы клеток-предшественников, которые развиваются параллельно, а не ответвляются одна от другой.
Первая группа клеток экспрессирует ген Otx2 и в будущем формирует передний и средний мозг. Именно передний мозг отвечает за высшие когнитивные функции: сознание, язык и абстрактное мышление. Вторая группа клеток активирует ген Gbx2 и превращается в задний мозг (известный как ствол мозга). Ствол координирует автоматические процессы (дыхание, голод), а также управляет мышцами лица, языка и глотки. Анализ упаковки ДНК (хроматина) показал, что эти две клеточные популяции генетически заблокированы в своих ролях и никогда не пересекаются, словно поезда на параллельных путях.
Прорыв в лечении неизлечимых болезней
Открытие решило главную загадку лабораторной нейробиологии. Десятилетиями ученые безуспешно пытались вырастить нейроны заднего мозга в чашках Петри, ошибочно пытаясь «перепрограммировать» клетки переднего мозга.
Теперь же авторы впервые в истории успешно вырастили функциональные двигательные нейроны заднего мозга из человеческих плюрипотентных стволовых клеток.
Этот успех открывает новые горизонты для изучения тяжелейших дегенеративных заболеваний ствола мозга, таких как боковой амиотрофический склероз (БАС) и спинальная мышечная атрофия (СМА). СМА остается главной генетической причиной смертности среди младенцев до года, а БАС поражает взрослых. При обеих патологиях нейроны заднего мозга постепенно отмирают, из-за чего пациенты теряют способность глотать и дышать. Возможность моделировать эти процессы в лаборатории позволит ученым создавать эффективные лекарства и методы регенеративной терапии.
Наследие медуз
В поисках эволюционных корней ученые заглянули на 550 миллионов лет назад. Оказалось, что двойная природа мозга характерна не только для человека, но и для кур, рыб данио-рерио и даже полухордовых червей Аcorn worms, обитающих на морском дне. У медуз, отделившихся от нашей эволюционной ветви 600–700 миллионов лет назад, эти две нервные системы и вовсе до сих пор разнесены по разным концам тела.
Эволюция просто «взяла» две уже существовавшие независимые системы и пространственно «объединила» их в черепной коробке, создав иллюзию единого органа.
Любопытно, что открытие имеет значение и для борьбы с ожирением: именно в заднем мозге расположены цепи, регулирующие чувство насыщения, на которые воздействуют современные популярные препараты для похудения (например, семаглутид).
