Исследование показало, почему человеческий мозг вырастает больше, чем у человекообразных обезьян

Разгадку подсказали органеллы мозга, выращенные в лаборатории.

Используя выращенный в лаборатории мини-мозг, ученые из лаборатории молекулярной биологии Совета по медицинским исследованиям (Великобритания) выяснили, почему у людей мозг больше, чем у обезьян.

Исследование опубликовано в журнале Cell, коротко о нем рассказывает Live Science.

Около 5–8 млн лет назад люди и обезьяны разделились как виды. Через некоторое время после этого у людей начал развиваться мозг большего размера. Сейчас человеческий мозг примерно в три раза больше, чем мозг шимпанзе, наших ближайших ныне живущих родственников.

В период от 2,6 млн до 11 700 лет назад человеческий мозг пережил резкий скачок в росте, увеличившись вдвое. Существуют разные версии, почему развитие мозга произошло столь стремительно и что послужило толчком. Так, в частности, израильские ученые выдвинули гипотезу, что это случилось из-за вымирания крупных животных, вследствие чего человеку пришлось охотиться на мелкую и шуструю добычу.

Поскольку площадь поверхности мозга человека и обезьяны быстро увеличивается на ранних этапах развития, ученые ранее предполагали, что различия могут возникнуть вскоре после зачатия, до того, как клетки дифференцируются и превратятся в клетки мозга. Но поскольку ранняя ткань мозга человека и эмбриона обезьяны недоступна для исследований, предыдущие исследования в основном были сосредоточены на более поздних стадиях развития, когда уже сформировались нейроны.

Взглянуть на самые ранние стадии позволило создание в лабораторных условиях органоидов мозга из стволовых клеток.

В новом исследовании Сильвия Бенито-Квечински и ее команда вырастила «мини-мозги» шимпанзе, горилл и людей в лаборатории (это первый раз, когда был создан органоид мозга гориллы). Ученые создали эмбриоидные тельца, которые имитируют ранние стадии развития мозга — примерно через месяц после зачатия — до того, как стволовые клетки созреют в клетки мозга. Затем эти клетки поместили в гелевые матрицы и позволили им развиться в нейральные клетки-предшественницы, которые в конечном итоге при дальнейшем развитии эмбриона превратились бы в клетки мозга.

«Причина, по которой эти клетки-предшественницы интересны, заключается в том, что в конечном счете именно от их числа зависит количество генерируемых нейронов», — пояснила Бенито-Квечински.

Эти клетки-предшественницы имеют цилиндрическую форму, но по мере созревания они начинают удлиняться и приобретать форму веретена. Удлиненные клетки делятся намного медленнее, чем цилиндрические. В конце концов веретенообразные клетки становятся полностью развитыми нейронами.

Оказалось, что в мозге человека нервные клетки-предшественницы остаются в первой стадии на несколько дней дольше, чем у шимпанзе и горилл. За это дополнительное время клетки-предшественницы человека делятся больше, чем у обезьян, создавая больше будущих клеток мозга.

Причиной оказался ген ZEB2, который в органоидах мозга гориллы включается раньше, чем в органоидах человека. Когда исследователи задержали активацию ZEB2 в клетках-предшественницах горилл, переход в удлиненные клетки занял больше времени, в результате чего клетки органоидов горилл стали более похожими на человеческие.

Пока неизвестно, какие еще гены отвечают за этот процесс. Исследователи надеются понять, что регулирует экспрессию ZEB2 и почему этот ген экспрессируется у людей позже, чем у обезьян.

Фото: S.Benito-Kwiecinski

В мертвом человеческом мозге обнаружены «зомби-клетки»

Ученые: микрогравитация может лишить астронавтов способности распознавать эмоции