Podle odborníků se nás mozek vyvíjí ze dvou odlišných buněčných systémů, což naznačuje, že evoluce sloučila dva starověké nervové systémy s velmi odlišnými funkcemi. Objev vědcům také umožnil pěstování lidských neuronů zadního mozku v laboratoři, což otevírá možnosti nejen ke studiu, ale doufejme, že i k léčbě ALS, spinální svalové atrofie a dalších onemocnění mozkového kmene….

Lidský mozek je považován za jediný orgán, jehož všechny části prošly společným vývojem. Nový výzkum, provedený odborníky z Lékařské fakulty Stanfordovy univerzity, tento základní předpoklad zpochybnil a naznačil, že to, co nazýváme mozkem, je ve skutečnosti tvořeno dvěma odlišnými systémy, které vznikly odděleně během stovek milionů let evoluce.

Po desetiletí se přitom mělo za to, že se celý mozek vyvíjí z jediné rané populace prekurzorových buněk a tedy že přední, střední i zadní mozek sdílejí totožný vývojový základ.

Nové poznatky nabízí zcela odlišný obraz. Vědci ze Stanfordu zjistili, že lidský mozek zřejmě kombinuje dva starověké nervové systémy. Zatímco přední mozek podporuje mnoho schopností, které si lidé nejvíce spojují se složitým myšlením, včetně jazyka, vědomí a abstraktního uvažování, zadní mozek, označovaný jako mozkový kmen, pomáhá řídit automatické procesy nezbytné pro přežití, včetně dýchání, spánku, regulace srdečního rytmu a hladu.

Neurony zadního mozku také řídí svaly v obličeji, jazyku a krku, které jsou důležité pro mluvení a polykání.

Zadní mozek se vyvíjí odděleně

Tento objev by mohl také vysvětlit dlouhodobý problém v neurovědě: proč mají vědci tolik potíží s pěstováním lidských neuronů zadního mozku v laboratoři. Mohl by vytvořit nové příležitosti k výzkumu onemocnění postihujících mozkový kmen, včetně spinální svalové atrofie (SMA) a amyotrofické laterální sklerózy (ALS nebo Lou Gehrigova choroba).

„Poprvé jsme ukázali, že přední část mozku vzniká ze zcela jiné prekurzorové buňky než zadní část mozku,“ říká Kyle Loh, docent vývojové biologie a hlavní autor studie, která byla publikována 18. září v časopise Nature Neuroscience.

„Náš objev znamená, že nyní můžeme v Petriho misce pěstovat neurony ze zadní části mozku, tedy z mozkového kmene, a studovat jejich funkce,“ dodává Loh. SMA je hlavní genetickou příčinou úmrtí u dětí mladších 1 roku.

ALS je často diagnostikována mezi 40. a 70. rokem věku a postihuje přední i zadní mozek. U obou onemocnění postupně přestávají fungovat určité neurony zadního mozku. Pacienti mohou nakonec ztratit schopnost polykat, což zvyšuje riziko zápalu plic, pokud se do plic dostane potrava nebo tekutina, a později mohou ztratit schopnost dýchat.

Co odhalilo zkoumání vývoje mozku u embryí

Klíčový poznatek přišel, když vědci zkoumali jednu z nejranějších fází embryonálního vývoje. Během gastrulace se začíná formovat základní struktura těla. Viděli, že zadní mozek nevzniká jako pozdější větev vývojové dráhy, která produkuje přední mozek a střední mozek, ale místo toho od začátku sleduje svou vlastní dráhu a vyvíjí se souběžně s ostatními oblastmi.

Aby vědci tento proces prozkoumali, studovali vyvíjející se myší embrya a identifikovali dvě různé populace mozkových prekurozových buněk.

Jedna populace exprimuje gen zvaný Otx2 a je určena k tvorbě předního a středního mozku. Druhá populace exprimuje gen zvaný Gbx2 a vyvíjí se do zadního mozku. Vědci zjistili, že tyto dvě populace zůstávají oddělené a nepřekrývají se, a to ani v nejranějších stádiích, která zkoumali.

Tento rozdíl se stal ještě jasnějším, když tým studoval chromatin, materiál, který obaluje DNA uvnitř buněk a pomáhá kontrolovat, které geny jsou k dispozici pro použití a které zůstávají nepřístupné.

Vědci se poté obrátili k evoluci, aby zjistili, jak daleko do minulosti by se toto vývojové rozdělení mohlo rozprostírat.

Obdobně to mají kuřata, zebřičky i medúzy

Při pohledu na více než 550 milionů let evoluční historie tým nalezl důkazy o stejném uspořádání dvou původů u kuřat, zebřiček a dokonce i u červů zvaných žaludovci. Tato malá zvířata žijí na mořském dně a sdílejí s lidmi velmi vzdáleného společného předka.

Vědci také poznamenali, že medúzy, které se od lidí odchýlily asi před 600 až 700 miliony let, mají dva nervové systémy umístěné na různých koncích těla.

Tato zjištění dohromady naznačují možnost, že moderní mozek obratlovců vznikl, když evoluce přivedla dva již existující nervové systémy do těsné fyzické blízkosti. „Evoluce vzala dva existující nervové systémy a prostorově je posunula k sobě,“ vysvětluje Loh.

„Mít mozek jako jeden orgán by bylo pravděpodobně efektivnější, ale spoléháme se na tento prvotní způsob, jak vytvořit mozek jako dvě oddělené části,“ dodává. „Zjištění nám nově umožňuji zkoumat onemocnění zadního mozku a pracovat na regenerativních terapiích pro ně,“ podotýká Rayyan Jokhaiová, která se na výzkumu podílela. „Toto je velmi vzrušující nová oblast ve výzkumu mozku.“.

Zdroj: ScienceDaily