Генетическая программа регуляции мозга существовала до эволюции центральной нервной системы
Новое исследование лаборатории Лайдена в Лихайском университете показало, что генетические механизмы, работающие при нейрогенезе в мозге, на самом деле предшествовали эволюционному развитию центральной нервной системы. Природа использует для построения нашего мозга "чертежи" гораздо более простых существ, которые предшествовали нам и другим животным на эволюционной временной шкале.
"Актинии — это книдарии, сестринская группа по отношению к билатериям, к которым относятся люди и большинство других животных, — говорит Майкл Лайден, руководитель исследования. — Наша работа показывает, что эти генетические программы могли быть унаследованы от общего предка книдарий и билатерий и, возможно, не были специально адаптированы для развития мозга".
Результаты, опубликованные в Scientific Reports, основаны на интенсивном изучении генетических механизмов в примитивных нейронных сетях актинии Nematostella vectensis (звездчатой актинии).
Ключевой вопрос, на который пытались ответить учёные: являются ли все мозги гомологичными (произошедшими от одного общего предка) или конвергентными (развившимися независимо у разных животных путём "заимствования" существующих генов для новой функции).
Чтобы приблизиться к ответу, лаборатория изучила, присутствуют ли у актинии те же генетические паттерны, которые определяют развитие мозга, во время развития их более простой нейронной сети (не мозга).
Методология:
- Исследователи вводили mRNA в эмбрионы Nematostella на стадии одной клетки, чтобы контролировать экспрессию интересующих генов.
- Затем они оценивали изменения в развитии нейронов с помощью генов-маркеров для разных типов нейронов.
Основные выводы:
- Генетическая программа, участвующая в формировании паттерна мозга вдоль передне-задней оси, также отвечает за формирование паттерна гораздо более простой нейронной сети Nematostella.
- Гены в нейронных сетях, участвующие в регионализации (распределении клеток по разным областям нервной системы), также функционируют для регионализации всех других видов клеток. Их роли не ограничиваются формированием мозга.
Это открытие поддерживает гипотезу о том, что формирование центральной нервной системы эволюционировало путём кооптации (заимствования) широко действующих программ регионализации, которые присутствовали у предка и до сих пор наблюдаются у многих видов.
"Как минимум, наши результаты отвергают аргумент, что консервативные программы регионализации достаточны для подтверждения гомологии мозгов билатерий, — заявил Лайден. — Наши данные поддерживают гипотезу кооптации, поскольку для независимой кооптации осевых программ не потребовалось бы эволюционировать новой функции".
Это исследование — пример того, как учёные смотрят на других существ, чтобы понять себя. Лаборатория Лайдена также изучает механизмы, работающие у Nematostella во время отдельного, но схожего процесса нейрорегенерации (восстановления повреждённых нервных клеток). Понимание этих процессов может заложить основу для потенциального применения у людей, например, регенеративных терапий.
Хотя эволюция привела к огромным усовершенствованиям полностью развитой ЦНС животных по сравнению с примитивными сетями книдарий, базовый "чертёж" остаётся тем же.
"Исследуя, как эти животные строят свои нервные системы, мы можем понять строительные блоки, — заключает Лайден. — Если не знаешь, откуда начал, трудно понять, как оказался там, где есть".