Мозг обезьяны и человека
Значит, чтобы сделать из «мышиного» мозга «человеческий», нужно, прежде всего, переключить апикальные клетки на производство базальных и «научить» базальные жить независимо от факторов роста спинномозговой жидкости, к которой они больше не имеют прямого доступа. 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. Это позволяет нейронам в мозге человека активнее делиться до наступления зрелого возраста и, вероятно, делает нас теми, кто мы есть. Available from: cshperspectives.
В своем исследовании ученые сфокусировались на соединении двух областей коры головного мозга, которые расположены в височной доле за левым ухом.
Обе доли очень важны для нашей языковой деятельности. Чтобы изучить различия, исследователи сканировали мозг 50 человек и 29 шимпанзе.
Мозг шимпанзе сканировали так же, как и у людей, но под контролируемой анестезией в рамках обычных медицинских осмотров. Ученые использовали « диффузионную спектральную томографию » DWI , при которой визуализируется белое вещество - это нервные пути, которые соединяют разные области мозга. С помощью этих сканов мозга ученые рассмотрели и сравнили связь двух областей мозга, связанных с речью передняя и задняя срединные области в височной доле, ATL и pMTG, соответственно.
Но до сих пор было неясно, только ли у людей так тесно связаны эти области». Теперь ответ получен: даже у шимпанзе мозг устроен иначе. Исследователи обнаружили, что в человеческом мозгу возникла своего рода длинная связь от pMTG через ATL и дугообразный пучок с лобными и теменными долями. У шимпанзе связи pMTG локализованы височной долей. Ученые отмечают, что полученные результаты чисто анатомические, поэтому трудно что-либо сказать о самом характере лингвистической деятельности мозга.
Но тот факт, что такие связи в нейронных сетях обнаружены только у человека показывает его уникальное устройство. Как показано в работах групп Готц и Хуттнера, кроме факторов роста и их рецепторов, базальные клетки-предшественники приматов стали производить белок-регулятор работы генов под названием Pax6, который у грызунов производится лишь в делящемся апикальном нейроэпителии 6,7.
Группа Хуттнера попыталась искусственно экспрессировать Pax6 в базальных предшественниках мышей. По утверждению авторов исследования, рост и размножение базальных клеток у таких мышей были более интенсивны и напоминали таковую у приматов, а получившаяся кора мозга — более развитой, чем у контрольных мышей. По крайней мере, на мой взгляд, о драматической «приматизации» мышиного мозга геном Pax6 говорить преждевременно.
Основные исследования снова проводились группой Хуттнера в институте Макса Планка, однако на сей раз к работе подключился известный шведский биолог Сванте Паабо. Это хрестоматийный пример, когда в какой-то момент на пути от общего предка ген случайно удвоился, и «лишняя» копия стала эволюционировать своим путем, приобретя новую функцию.
Что это за новая функция — не очень понятно, но из структуры видно, что она не такая, как у предкового белка ARHGAP Его экспрессировали в нейроэпителии эмбриона мыши и получили неожиданный результат: базальный слой не только стал гораздо более развитым, но в коре мыши появились складки, иначе говоря, кора головного мозга стала извилистой Figure 2. По мнению авторов работы, это свидетельствует о том, что приобретение предками людей гена ARHGAP11В послужило причиной взрывного роста коры головного мозга.
После внимательного изучения статьи Хуттнера и Паабо возникают вопросы методологического характера. Авторы внедрили гены ARHGAP11В и GFP зеленый флюоресцентный белок эмбриону мыши прямо в матке с помощью электропорации, то есть пропустив через мозг эмбриона разряд электрического тока, что позволило ДНК войти в «продырявленные» таким образом клетки. Поэтому пока авторы не проведут такой контрольный эксперимент, получившиеся складки в коре можно воспринимать как артефакт электропорации — просто шрамы.
Трансгенную мышь можно подвергнуть тестам на когнитивные способности. И если у неё появятся складки в мозгу, это будет явно не артефакт метода. Но по какой-то причине авторы такой опыт не провели. Авторы обнаружили аномальное количество копий этого нового гена у некоторых больных шизофренией. Судя по тому, что неандертальцы и денисовцы тоже имеют две копии ARHGAP11, удвоение произошло после разделения нашей линии и шимпанзе, но до отделения нашей ветви от неандертальско-денисовской.
Сравнив геномы мыши и человека, авторы нашли у последних 56 генов, аналогов которых нет у мыши, и которые экспрессируются в апикальных и базальных предшественниках. Осталось изучить 55 остальных.
У шимпанзе имеется одна копия этого гена, а у современного человека, неандертальца и денисовца — целых четыре. По оценкам авторов, удвоение гена произошло трижды — один раз примерно 3,4 млн лет назад, другой - 2,4, третий — 1 млн лет назад Figure 3. Авторы считают, что утроение SRGAP2 послужило одним из факторов увеличения размеров и эффективности работы мозга при переходе от австралопитеков к представителям рода Homo.
Что же делают все эти новые копии SRGAP2 у человека, с чем не справлялась одна у нашего общего предка с шимпанзе? Обе копии экспрессируются в нейронах и обозначаются буквами.
Вместе они как-то регулируют образование и созревание синапсов, миграцию нейронов и, возможно, появление извилин в головном мозге. Учёные высказали это предположение, обнаружив хромосомные перестройки SRGAP2 у пациента с синдромом Ван дер Вуда, характеризующимся, кроме всего прочего, слабоумием, неразвитостью основной части коры головного мозга и слабой выраженностью извилин. Подведём итоги. Как мы видим, с одной стороны, понятно, с чего и как начать изучение механизмов гипертрофированности коры головного мозга у человека.
С другой стороны, сделано ещё крайне мало. А из того, что сделано, часть может оказаться артефактом. Гены и их продукты — шестерёнки этого чудовищно сложного механизма — в принципе, известны хотя бы по именам. Однако понять, как это всё друг с другом взаимодействует — задача не из лёгких.
Константин Лесков , Ph. Matsuzaki F, Shitamukai A. Available from: cshperspectives. Spindle orientation in mammalian cerebral cortical development. Curr Opin Neurobiol. Novel insights into mammalian embryonic neural stem cell division: focus on microtubules.
Mol Biol Cell [Internet].
Available from: www. Cell [Internet].
Available from: linkinghub. Но какая она?
Нужны ли были нашим предкам большие умственные способности, чтобы, например, находить и хранить пищу? Или, быть может, причина кроется в сложностях с общением со сверстниками или и вовсе, в работе генов? У животных соотношение между размером мозга и размером тела может являться более точным показателем ума. Но у Homo Sapiens все иначе. В прошлом ученые пытались найти ответ на эти и другие вопросы, в основном анализируя корреляции, например, как размер мозга соотносится с размером социальных групп у обезьян и наших ископаемых предков.
Например, в исследовании года, опубликованном в журнале Nature, шотландские ученые с помощью компьютерного моделирования пришли к выводу, что чем больше ментальные потребности, то тем больше мозг.
Мозг человека больше, чем у дельфина, шимпанзе, африканского льва и других млекопитающих. Но не все эксперты согласны с такой точкой зрения. Некоторые специалисты полагают, что причина, по которой у нас с вами такой большой мозг кроется в появлении языка.
Другие же считают, что свою роль в развитии человеческого мозга играют гены и сложные молекулярные процессы. Истина, как это часто бывает, вероятно, где-то посередине. Хотите всегда быть в курсе последних новостей из мира популярной науки и высоких технологий?
Подписывайтесь на наш новостной канал в Telegram , чтобы не пропустить ничего интересного! Драматическое различие между размером мозга человека и нашего ближайшего живого родственника шимпанзе можно проследить вплоть до того момента, когда сапиенсы отделились от общего с шимпанзе и другими человекообразными обезьянами предка.
Результаты исследования, недавно опубликованного в журнале Cell показывают, как именно в процессе своего развития человеческий мозг становился таким большим. Ученые из Лаборатории молекулярной биологии Кембриджского университета собрали нейроны гориллы, шимпанзе и человека и перепрограммировали их таким образом, чтобы они напоминали клетки эмбрионов, то есть индуцированные плюрипотентные стволовые клетки иПКС.
