Полученные данные показывают, что существующая до сих пор интерпретация основных областей, сформированных в начале развития мозга позвоночных, неверна. Это исследование было проведено совместно исследователями Хосе Луисом Ферраном и Луисом Пуэллесом из кафедры анатомии человека и психобиологии UMU; Мануэль Иримиа из Центра геномной регуляции (CRG) и Хорди Гарсия Фернандес из факультета генетики Барселонского университета.
Для исследования был использован мозг беспозвоночного организма амфиоксуса (морская хордовая, похожая на рыбу), место которой в древе эволюции очень близко к происхождению позвоночных.
Используя полученные данные, исследователи составили первую подробную карту регионов, на которые разделен мозг этого вида, обитающего на морском дне и имеющего очень простой образ жизни.
"Мы решили понять, на что похож мозг цефалокордатного амфиоксуса. Это очень простой организм беспозвоночных, хотя и очень близок к нам с точки зрения эволюции, поэтому он дает нам некоторое представление о том, какими могли быть наши предки.
Таким образом, сравнивая территории мозга современных позвоночных и территории амфиоксуса, мы проанализировали, что могло произойти, чтобы привести их к размножению, и как такая сложная структура сформировалась в ходе нашей эволюции », – объяснил преподаватель кафедры Анатомия человека и психобиология Университета Мерсии (UMU) Хосе Луис Ферран, один из исследователей.
«В этом исследовании мы использовали геноархитектуру в качестве основной экспериментальной основы для определения регионализации нервной трубки амфиоксуса и сравнения ее с таковой у позвоночных.
В рамках этой структуры мы создали молекулярную карту паттернов экспрессии генов в амфиоксусе, гомологи которого, как известно, участвуют в становлении и регионализации мозга позвоночных », – объясняет Беатрис Альбуишк-Креспо (Dept Genetica, Microbiologia y Estadistica UB e IBUB), сначала автор статьи.
Новая модель, которая разрушает многие существующие идеи
Эта работа показывает, что мозг позвоночных должен изначально формироваться из двух регионов (переднего и заднего), а не из трех (передний мозг, средний мозг и задний мозг), как предполагает текущая просомерная модель.
У amphioxi не было обнаружено коры головного мозга или исключительной области, дающей начало формированию среднего мозга позвоночных.
Однако внутри переднего мозга была обнаружена общая территория, которую они назвали DiMes (Di-Mesencephalic primordium), из которой произошли как средний мозг, так и другие важные структуры классического переднего мозга. На территории DiMes были обнаружены три важных участка мозга позвоночных, которые используются для обработки сенсорной информации.
«Три классических церебральных области позвоночных (таламус, претектум и средний мозг) возникли бы эволюционно под действием молекулярных сигнальных центров, которые привели к расширению и делению части, подобной DiMes», – сказал Мануэль Иримиа из Центра геномной регуляции ( CRG) из Барселоны, один из ведущих исследователей исследования. Это объясняет, что если функция этих сигнальных центров, называемых вторичными организаторами, устраняется у позвоночных, остается единая территория, аналогичная той, что наблюдается у амфиокситов.
Изучение формирования этих трех важных частей мозга, которые позвоночные используют для обработки зрительной, слуховой или пропиоцептивной информации (о положении и движении частей тела), полезно для понимания того, как мозг адаптировался к окружающая среда и способна обрабатывать информацию вокруг нее.
Доказано, что идея о том, что эти регионы были сформированы независимо и каждый из них породила другие регионы, ошибочна. «Мозг развился не изолированно, а в результате взаимодействия этих примитивных животных с окружающей средой», – пояснил лектор из УМУ.
Таким образом, оба мозга, амфиоксус и позвоночные, делятся на две основные области: переднюю и заднюю.
У амфиоксуса передняя область разделяется на две области, тогда как у позвоночных она делится на гораздо больше частей, включая три вышеупомянутых области, которые в совокупности соответствуют одной из частей амфиоксуса.
Знание истинной истории формирования мозга и состава его структур может иметь большое долгосрочное влияние, поскольку оно может «помочь объяснить, почему изменяется и состав, и функция области. Например, это может привести нас к лучшему пониманию заболеваний, связанных с головным мозгом, и того, почему одни области поражаются совместно, а другие нет », – заключил исследователь CRG.
Структура мозга – результат эволюционного процесса
Человеческий мозг претерпел эволюционный процесс, который начался около 500 миллионов лет назад у морских животных, которые жили в песках, и который привел к его первому плану построения центральной нервной системы. Эта система постоянно модифицируется и используется всеми современными позвоночными.
Изучение генетических сетей, которые придали идентичность различным областям мозга, играет ключевую роль в нашем понимании того, как они развивались.
По этой причине геноархитектура является мощным инструментом для описания областей нервной системы, клеток и их структур, позволяя определить, какие гены активны на каждой территории или регионе во время развития, и охарактеризовать границы между ними, а также чтобы определить с максимальной точностью, сколько различных компонентов происходит из каждого региона. Поэтому он полезен для того, чтобы помочь нам в деталях распознать, чем человеческий мозг похож на мозг другого позвоночного животного.