Stanford-Studie: Menschliches Gehirn ist durch Evolution aus zwei Organen verschmolzen

Eine am 18. September in Nature Neuroscience veröffentlichte Studie hat eine grundlegende Annahme der Neurowissenschaften erschüttert: Das menschliche Gehirn, das lange Zeit als ein einzelnes Organ mit einem gemeinsamen entwicklungsgeschichtlichen Ursprung betrachtet wurde, scheint aus zwei uralten Nervensystemen zu bestehen, die im Laufe von mehr als 500 Millionen Jahren Evolution miteinander verschmolzen sind.sciencedaily

Forscher von Stanford Medicine fanden heraus, dass Vorder- und Mittelhirn aus einer Vorläuferzellpopulation hervorgehen, während sich das Hinterhirn aus einer völlig anderen Art früher Zellen entwickelt. Die beiden Systeme folgen von den frühesten Stadien der Embryonalentwicklung an unterschiedlichen Entwicklungspfaden und überschneiden sich nie.sciencedaily

"Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass der vordere Teil des Gehirns aus einer völlig anderen Vorläuferzelle entsteht als der hintere Teil des Gehirns", sagte Kyle Loh, außerordentlicher Professor für Entwicklungsbiologie und Hauptautor der Studie.iosconews+1

Zwei Systeme, zwei Aufgaben

Das Vorderhirn unterstützt höhere kognitive Fähigkeiten wie Sprache, Bewusstsein und abstraktes Denken. Das Hinterhirn, oft als Hirnstamm bezeichnet, steuert automatische Überlebensfunktionen wie Atmung, Herzschlagregulierung, Schlaf und Hunger.sciencedaily

Die Forscher untersuchten sich entwickelnde Mausembryonen und stellten fest, dass die Vorläuferzellen von Vorder- und Mittelhirn ein Gen namens Otx2 exprimieren, während eine separate Population, die Gbx2 exprimiert, das Hinterhirn hervorbringt. Eine Analyse des Chromatins, des Materials, das die DNA in den Zellen verpackt, bestätigte, dass die beiden Populationen von Anfang an auf getrennte Entwicklungspfade festgelegt sind.sciencedaily

Ein Durchbruch für die Krankheitsforschung

Die Entdeckung löste ein langjähriges Laborproblem. Jahrzehntelang war es Wissenschaftlern nicht gelungen, menschliche Hinterhirn-Neuronen in vitro zu züchten, wahrscheinlich weil sie versuchten, Vorderhirn-Vorläuferzellen in Hinterhirnzellen umzuwandeln, was laut der Studie nicht möglich ist.sciencedaily

Mit diesem neuen Verständnis gelang es dem Team erstmals, menschliche pluripotente Stammzellen zu funktionellen motorischen Neuronen des Hinterhirns zu führen. Die im Labor gezüchteten Zellen erzeugten elektrische Signale und produzierten Proteine, die mit spezifischen Hinterhirnregionen assoziiert sind, welche die Gesichts- und Schluckmuskulatur steuern.sciencedaily

Der Fortschritt eröffnet neue Wege zur Erforschung von Krankheiten, die den Hirnstamm schädigen, darunter amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und spinale Muskelatrophie, eine der häufigsten genetischen Todesursachen bei Kindern unter einem Jahr.sciencedaily

Ein uraltes evolutionäres Muster

Das Team verfolgte das Muster des zweigeteilten Gehirns über 550 Millionen Jahre Evolutionsgeschichte zurück und fand die gleiche Anordnung bei Hühnern, Zebrafischen und Eichelwürmern, kleinen Meeresbewohnern, die einen fernen gemeinsamen Vorfahren mit dem Menschen teilen.iosconews+1

"Unsere Forschung legt nahe, dass die Evolution zwei bestehende Nervensysteme nahm und sie räumlich zusammenschob", sagte Loh. "Das Gehirn als ein einziges Organ zu haben, wäre wahrscheinlich effizienter, aber wir verlassen uns auf diese ursprüngliche Art, das Gehirn aus zwei separaten Teilen zu bilden."sciencedaily