Разница заключается не столько в генах, сколько в механизмах, которые регулируют их активность на начальных этапах формирования мозга.
Исследователи из Центра регенеративных терапий Дрезденского технического университета в Германии выяснили, почему человеческий мозг значительно больше по размерам, чем мозг других человекообразных обезьян. Выяснилось, что основополагающую роль играли не новые гены, а изменения в регуляции уже имеющихся. Результаты исследования опубликованы в журнале Nature Communications.
Одной из важнейших характеристик человеческого мозга является увеличенный неокортекс — область, отвечающая за обработку сложной информации, речь, абстрактное мышление и планирование. Ранее исследователи находили отдельные гены, ассоциированные с увеличением мозга в процессе эволюции. Однако их воздействие не объясняло всех наблюдаемых изменений. Тем более, что генетическое сходство человека с другими человекообразными обезьянами составляет 98–99%.
Изучить развитие мозга шимпанзе и горилл непосредственно ученые не могут: доступ к эмбриональным тканям этих животных ограничен этическими нормами. Поэтому исследователи использовали органоиды — трехмерные структуры, выращенные из стволовых клеток, которые воспроизводят некоторые аспекты формирования коры головного мозга на ранних стадиях развития.
Ученые создали и сравнили такие модели для человека, шимпанзе и гориллы. В результате им удалось выявить почти 600 регуляторных участков ДНК. Эти участки функционируют как своеобразные переключатели, усиливающие или ослабляющие активность определенных генов. Как объясняет руководитель экспериментальной части исследования Тереза Шютце, их действие можно сопоставить с изменением яркости лампы. Выяснилось, что в клетках человека многие из этих участков активнее, чем у других изученных приматов.
Особое внимание исследователи уделили регуляторам, которые влияют на форму клеток. В частности, они выявили механизмы, связанные с развитием длинных разветвленных отростков нервных стволовых клеток. Чтобы проверить их роль, ученые отключили два соответствующих гена в человеческих органоидах. В результате клетки потеряли часть своих разветвлений, а в одном из экспериментов также уменьшилось количество образующихся нейронов.
Это наблюдение согласуется с гипотезой о том, что разветвленная структура клеток помогает им получать больше сигналов из окружающей среды. Благодаря этому они могут активнее делиться и производить больше нервных клеток. В конечном итоге такие особенности развития способны оказывать влияние на размеры формирующегося мозга.
«Дело не обязательно в каких-то особых генах: судя по почти идентичным геномам, мы пользуемся тем же набором инструментов, что и обезьяны, просто с другими настройками», — отмечает руководитель исследования, профессор Марейке Альберт.
Фото: hi-tech.mail.ru