Ученые Стэнфордского университета выдвинули гипотезу, что мозг мог возникнуть из двух древних нервных систем, которые в ходе эволюции объединились в одну структуру. Как пишет The Telegraph, исследователи обнаружили, что разные его отделы формируются из двух популяций клеток-предшественников. Это уже помогло вырастить в лаборатории двигательные нейроны человека, необходимые для изучения бокового амиотрофического склероза (БАС) и спинальной мышечной атрофии (СМА).

Работу команды под руководством доцента кафедры биологии развития Кайла Ло опубликовал журнал Nature Neuroscience. Исследователи искали ответ на вопрос, почему клетки заднего мозга так трудно получать в лаборатории, тогда как с передним и средним отделами это удавалось значительно легче.

Для этого ученые изучили эмбрионы мышей на стадии гаструляции — раннем этапе, когда закладывается общий план строения организма. Они выявили две отдельные группы клеток: одна с активным геном Otx2 дает начало переднему и среднему мозгу, другая, с активным Gbx2, — заднему. Различия обнаружились и в упаковке ДНК, которая влияет на доступность генов и дальнейшее развитие клеток.

Эти отделы выполняют разные задачи: с передним мозгом связаны, в частности, речь и абстрактное мышление; средний участвует в управлении движениями, обработке зрительных и слуховых сигналов, а задний включает мост, продолговатый мозг и мозжечок — его структуры обеспечивают координацию движений и участвуют в регуляции дыхания, сердцебиения и глотания. При этом задний мозг и ствол — не синонимы: в состав последнего входит также средний мозг, но не мозжечок.

Полученные данные команда применила к плюрипотентным стволовым клеткам человека, способным превращаться в различные типы клеток организма. Исследователям удалось получить функциональные двигательные нейроны заднего мозга. В организме такие клетки управляют, в частности, мышцами лица и глотки.

Новый подход позволит моделировать заболевания, при которых гибнут мотонейроны, включая БАС и СМА. Они поражают не только ствол мозга и могут приводить к мышечной слабости, нарушениям глотания и дыхания. Один из авторов работы Райян Джокхай рассказал изданию, что команда рассчитывает в дальнейшем изучить, как СМА и БАС нарушают работу выращенных нейронов, и надеется, что эта модель приблизит разработку регенеративной терапии. О готовом методе лечения речь пока не идет.

Эволюционную гипотезу авторы связывают в том числе с наблюдениями за кишечнодышащими, которых также называют желудевыми червями, — морскими беспозвоночными из группы полухордовых. По данным газеты, у них обнаружили сходное разделение нервных клеток-предшественников. Общий предок этих животных и позвоночных жил более 500 млн лет назад.

Ученые допускают, что две программы развития нервной системы существовали еще до появления единого мозга. Однако результаты не доказывают, что человеческий мозг — буквально два самостоятельных органа: их возможное раздельное существование в далеком эволюционном прошлом остается гипотезой.

«Иметь мозг как единый орган было бы, вероятно, эффективнее, но мы унаследовали этот изначальный способ — устройство мозга как двух отдельных частей», — приводит слова одного из авторов работы газета The Telegraph.

По его словам, «исследование говорит о том, что эволюция взяла две уже существовавшие нервные системы и физически свела их вместе».