Учёные изменили развивающийся мозг, чтобы он стал похож на мозг другого вида
Учёные из Технологического института Джорджии, применяя химические вещества для манипуляции генами в развивающемся эмбрионе, смогли изменить мозг одного вида цихлид, чтобы он стал напоминать мозг другого вида. Исследователи также обнаружили различия в общей организации мозга на очень ранней стадии развития, до того как в процессе нейрогенеза сформируются функциональные нейроны. Это открытие противоречит общепринятой теории «позже = больше». Исследование опубликовано в Proceedings of the National Academy of Sciences.
Опровержение теории «позже = больше»
Гипотеза «позже = больше», выдвинутая в середине 1990-х, объясняет эволюцию мозга между видами: чем позже клетки-предшественники превращаются в зрелые нейроны, тем больше становится мозг или его регион. Считалось, что мозги разных видов похожи на ранних стадиях и различаются именно из-за более позднего процесса нейрогенеза.
«Мы обнаружили различия в общей организации мозга уже через 48 часов после оплодотворения, до начала нейрогенеза», — заявил Дж. Тодд Стрилман, доцент Школы биологии Технологического института Джорджии.
Исследование на цихлидах
Стрилман, аспирант Джонатан Сильвестр и их коллеги изучали развитие мозга у шести видов цихлид из озера Малави: трёх видов скальных обитателей и трёх видов их песчаных родственников.
«Мы обнаружили, что у песчаных цихлид область экспрессии гена wnt1 (важного фактора развития заднего мозга) была больше. Это коррелирует с более крупным таламусом — структурой заднего переднего мозга, участвующей в обработке зрения», — сказал Сильвестр.
Песчаные цихлиды используют зрение для обнаружения планктона, поэтому их мозг в значительной степени заточен на обработку зрительных сигналов. Скальные виды, питающиеся водорослями, имеют более крупные конечные мозги (телэнцефалон), что, возможно, помогает им ориентироваться в сложной трёхмерной среде.
«Геномы этих видов очень похожи, почти как у любых двух людей, и всё же их мозги различаются так же сильно, как у некоторых групп млекопитающих», — отметил Стрилман.
Химическое изменение паттерна развития
Команда решила проверить, можно ли с помощью химических веществ изменить паттерны экспрессии генов и, следовательно, развитие мозга эмбрионов. Сильвестр обрабатывал эмбрионы хлоридом лития на ранней стадии формирования передне-задней оси.
Оказалось, что обработка хлоридом лития повышала сигнализацию Wnt, что приводило к перераспределению клеток-предшественников в сторону заднего таламуса. Таким образом, учёным удалось изменить мозг эмбриона скальной цихлиды, сделав его похожим на мозг песчаной.
Значение открытия
«Нейрогенез по-прежнему очень важен для развития и эволюции мозга, — сказал Стрилман. — Мы просто показали, что различия в процессе развития возникают гораздо раньше, чем предполагалось, и эти изменения также важны для разнообразия мозга».
«Теперь, когда мы знаем, что мозги видов различаются уже на ранних стадиях, мы можем начать оценивать, как могут различаться и ранние формы поведения», — заключил учёный.