Птицы развили сложный мозг независимо от млекопитающих

Два исследования, опубликованные в последнем выпуске журнала Science, показали, что птицы, рептилии и млекопитающие развили сложные мозговые цепи независимо, несмотря на общего предка. Эти результаты бросают вызов традиционным взглядам на эволюцию мозга и демонстрируют, что, хотя у этих групп существуют схожие функции мозга, механизмы эмбрионального формирования и типы клеток следовали разным эволюционным траекториям.

Паллиум — это область мозга, где у млекопитающих формируется неокортекс, часть, ответственная за когнитивные и сложные функции, что наиболее отличает человека от других видов. Паллиум традиционно считался сопоставимой структурой у млекопитающих, птиц и рептилий, различающейся лишь уровнем сложности. Предполагалось, что в этой области находятся схожие типы нейронов с эквивалентными цепями для сенсорной и когнитивной обработки.

Однако новые исследования показывают, что, хотя общие функции паллиума эквивалентны у этих групп, механизмы его развития и молекулярная идентичность его нейронов существенно разошлись в ходе эволюции.

Первое исследование, проведенное Энериц Руэда-Аланья и Фернандо Гарсиа-Морено в Achucarro, показывает, что хотя птицы и млекопитающие развили цепи со схожими функциями, способ формирования этих цепей во время эмбрионального развития радикально отличается.

"Их нейроны рождаются в разных местах и в разное время развития у каждого вида, — объясняет доктор Гарсиа-Морено, — что указывает на то, что это не сопоставимые нейроны, произошедшие от общего предка".

Используя пространственную транскриптомику и математическое моделирование, исследователи обнаружили, что нейроны, ответственные за сенсорную обработку у птиц и млекопитающих, формируются с использованием разных наборов генов.

"Генетические инструменты, которые они используют для установления своей клеточной идентичности, варьируются от вида к виду, каждый из которых демонстрирует новые и уникальные типы клеток".

Это указывает на то, что эти структуры и цепи не гомологичны, а являются результатом конвергентной эволюции, то есть "они независимо развили эти важнейшие нейронные цепи разными эволюционными путями".

Второе исследование, проведенное в Гейдельбергском университете (Германия), предоставляет детальный атлас типов клеток птичьего мозга и сравнивает его с таковыми у млекопитающих и рептилий.

"Мы смогли описать сотни генов, которые каждый тип нейронов использует в этих мозгах, клетка за клеткой, и сравнить их с помощью биоинформатических инструментов".

Результаты показывают, что птицы сохранили большинство ингибиторных нейронов, присутствующих у всех других позвоночных на протяжении сотен миллионов лет. Однако их возбуждающие нейроны, ответственные за передачу информации в паллиуме, эволюционировали уникальным образом.

Лишь несколько типов нейронов в мозге птиц были идентифицированы с генетическими профилями, схожими с таковыми у млекопитающих (например, клауструм и гиппокамп), что предполагает, что некоторые нейроны очень древние и общие для видов.

"Однако большинство возбуждающих нейронов эволюционировали новыми и разными способами у каждого вида", — детализирует доктор Гарсиа-Морено.

Переписывание эволюционной истории мозга

"Наши исследования показывают, что эволюция нашла множество решений для построения сложного мозга, — объясняет доктор Гарсиа-Морено. — Птицы развили сложные нейронные цепи с помощью собственных механизмов, не следуя тому же пути, что и млекопитающие. Это меняет то, как мы понимаем эволюцию мозга".

Эти результаты подчеркивают эволюционную гибкость развития мозга, демонстрируя, что продвинутые когнитивные функции могут возникать через совершенно разные генетические и клеточные пути.

Важность изучения эволюции мозга

"Наш мозг делает нас людьми, но он также связывает нас с другими видами животных через общую эволюционную историю", — объясняет доктор Гарсиа-Морено.

Открытие того, что птицы и млекопитающие независимо развили нейронные цепи, имеет большое значение для сравнительной нейронауки. Понимание различных генетических программ, которые приводят к появлению специфических типов нейронов, может открыть новые пути для исследований в области нейроразвития.