Американские ученые проверили новую гипотезу о развитии мозга живых организмов

Новую гипотезу о развитии мозга живых организмов проверили американские ученые.

Различия в структуре мозга у пресноводных рыб цихлид, обитающих в различных условиях, закладываются на самых ранних стадиях его развития, еще до появления нервных клеток и, воздействуя на гены, можно вырастить эмбриона одного вида с мозгом, похожим на мозг представителей другого вида.

В 1990-е годы для описания процесса эволюции мозга у различных видов ученые предложили гипотезу под условным названием "позже - значит больше". Согласно этой гипотезе, различия в структуре мозга у разных биологических видов возникают не на ранних стадиях развития, а уже в процессе нейрогенеза, превращения клеток-прекурсоров в нейроны. Клетки-прекурсоры могут делиться неограниченно долго, поэтому, чем позже произойдет это превращение, тем крупнее будет участок мозга или весь мозг - отсюда и название гипотезы.

Группа исследователей под руководством профессора Тодда Стрилмана из Технологического института Джорджии получила экспериментальные данные, противоречащие этой гипотезе: по их словам, различия в структуре мозга у эмбрионов двух групп видов цихлид, обитающих в африканском озере Малави, закладываются уже через 48 часов после оплодотворения, еще до начала нейрогенеза.

"Нейрогенез остается очень важным процессом в развитии мозга и его эволюции. Мы просто показали, что различия, важные для структуры мозга, возникают гораздо раньше, чем считалось. Нам интересно, что говорят эти различия о раннем поведении. В рамках модели "позже значит больше" мозг на ранних стадиях развития у разных видов не должен существенно отличаться. Но теперь мы знаем, что это не так, и можем оценивать, насколько отличается и раннее поведение", - сказал Стрилман, которого цитирует пресс-служба университета.

Ученые исследовали развитие мозга у шести видов цихлид: три из них обитают на песчаном дне и питаются планктоном, а другие три вида собирают водоросли с каменного дна. Геномы у этих видов очень схожи, однако различия в способах питания и среде обитания отражаются и в структуре мозга: у "песчаных" видов более развиты участки мозга, отвечающие за зрение, например, таламус, а у "каменных" - за ориентацию в трехмерной среде, например, конечный мозг.

Исследователи обнаружили, что разница в относительных размерах этих структур мозга у эмбрионов разных видов проявляется уже в течение первых двух-четырех суток после оплодотворения, до начала нейрогенеза. Эта разница объясняется различиями в работе группы генов, которая, как известно из предыдущих экспериментов, может регулировать разделение мозга на переднюю и заднюю части.

Группа Стрилмана решила проверить, можно ли воздействовать на эту группу генов так, чтобы сформировать у эмбриона "каменного" вида мозг, характерный для "песчаного" вида. Ученые выяснили, что обработка эмбрионов хлоридом лития в течение трех-пяти часов на ранней стадии формирования мозга приводит к тому, что один из генов группы, wnt1, проявляется сильнее, что, в свою очередь, приводит к перегруппировке клеток-прекурсов в задний таламус и увеличению его размеров.

"Мы предлагаем новую интерпретацию того, как у живых организмов возникает разнообразие структур мозга. Различия в самых ранних центрах сигналов и формирования последовательностей импульсов закладывают "чертежи" того, как (мозг) будет развиваться в процессе роста и нейрогенеза", - заключают авторы статьи.