Исследователи Стэнфордского университета установили, что передняя и задняя части мозга формируются на ранних этапах эмбрионального развития из разных клеток-предшественников. Позднее эти области объединяются в единую мозговую структуру.

Исследование опубликовано в журнале Nature Neuroscience. Его результаты могут изменить представления о развитии мозга и помочь в выращивании отдельных типов человеческих нервных клеток в лаборатории.

«Впервые мы показали, что передняя часть мозга происходит из совершенно другой клетки-предшественника, чем задняя», — рассказал старший автор исследования Кайл Ло, доцент кафедры биологии развития Стэнфордского университета.

Учёные проследили самые ранние этапы развития эмбрионов мышей и обнаружили два разных типа клеток-предшественников. Одни из них формируют передний и средний мозг, а другие — задний.

Эти области также отличаются строением хроматина — комплекса из ДНК, РНК и белков, который организует длинные молекулы ДНК. Различия в хроматине направляют клетки по двум самостоятельным путям развития.

По мнению исследователей, это может объяснить, почему попытки выращивать в лаборатории клетки заднего мозга оказывались настолько сложными.

«Предыдущие попытки создать нейроны заднего мозга, вероятно, заключались в попытке превратить клетки-предшественники переднего и среднего мозга в клетки заднего мозга. Наше исследование показывает, что это невозможно», — объяснил соавтор работы, аспирант Стэнфордского университета Райан Джокай.

Используя полученные данные, команда впервые создала в лаборатории моторные нейроны заднего мозга из плюрипотентных стволовых клеток. Это может иметь значение для изучения заболеваний, поражающих ствол мозга, включая боковой амиотрофический склероз.

Похожие разделённые пути развития учёные обнаружили и у других животных — рыбок данио-рерио, кур и желудевых червей. Это указывает на то, что разделение между разными нервными системами может иметь очень древнее эволюционное происхождение.

По словам Ло, человеческий мозг мог возникнуть в результате постепенного сближения двух более примитивных нервных систем.

«Наше исследование предполагает, что эволюция взяла две уже существовавшие нервные системы и сблизила их в пространстве», — сказал учёный. По его мнению, наличие одного мозгового органа, вероятно, оказалось более эффективным, однако его развитие по-прежнему идёт по этому древнему сценарию.

Джокай признался, что результат оказался неожиданным.

«Само слово “мозг” подразумевает единый целостный орган, который, вероятно, имеет общее происхождение», — отметил он. По словам исследователя, около 500 миллионов лет назад могли существовать отдельные нервные системы, которые постепенно сблизились и сегодня функционируют почти как единое целое.

Это разделение также могло способствовать развитию сложных функций человеческого мозга. Задняя его часть поддерживает базовые процессы, такие как дыхание и сердечная деятельность, тогда как передняя получила возможность развиваться в более сложных направлениях.

Именно в передней части, по словам Ло, эволюция могла «экспериментировать» с такими функциями, как память и творческое мышление.