Stanfordin tutkimus: ihmisaivot ovat evoluution yhdistämät kaksi elintä

Syyskuun 18. päivänä Nature Neuroscience -lehdessä julkaistu tutkimus on kumonnut neurotieteen perustavanlaatuisen oletuksen: ihmisaivot, joita on pitkään pidetty yhtenä elimenä, jolla on yhteinen kehityksellinen alkuperä, näyttävätkin olevan kahden muinaisen hermoston fuusio, joka on tapahtunut yli 500 miljoonan vuoden evoluution aikana.sciencedaily

Stanford Medicinen tutkijat havaitsivat, että etuaivot ja keskiaivot syntyvät yhdestä kantasolupopulaatiosta, kun taas takaraivot kehittyvät täysin erillisestä varhaisesta solutyypistä. Nämä kaksi järjestelmää seuraavat erillisiä kehityspolkuja alkionkehityksen varhaisimmista vaiheista lähtien, eivätkä ne koskaan kohtaa.sciencedaily

"Olemme ensimmäistä kertaa osoittaneet, että aivojen etuosa syntyy täysin eri kantasolusta kuin aivojen takaosa", sanoi kehitysbiologian apulaisprofessori ja tutkimuksen johtava kirjoittaja Kyle Loh.iosconews+1

Kaksi järjestelmää, kaksi tehtävää

Etuaivot tukevat korkeamman tason kykyjä, kuten kieltä, tietoisuutta ja abstraktia päättelyä. Takaraivot, joita kutsutaan usein aivorungoksi, säätelevät automaattisia selviytymistoimintoja, kuten hengitystä, sydämen sykettä, unta ja nälkää.sciencedaily

Tutkijat tarkastelivat kehittyviä hiiren alkioita ja tunnistivat, että etu- ja keskiaivojen kantasolut ilmentävät Otx2-geeniä, kun taas erillinen Gbx2-geeniä ilmentävä populaatio synnyttää takaraivot. Kromatiinin – solujen sisällä DNA:ta pakkaavan materiaalin – analyysi vahvisti, että nämä kaksi populaatiota ovat sitoutuneet erillisiin kehityspolkuihin alusta alkaen.sciencedaily

Läpimurto sairauksien tutkimuksessa

Löydös ratkaisi pitkään jatkuneen laboratorio-ongelman. Vuosikymmenten ajan tutkijat eivät olleet kyenneet kasvattamaan ihmisen takaraivon neuroneita in vitro, todennäköisesti siksi, että he yrittivät muuntaa etuaivojen kantasoluja takaraivon soluiksi – mikä tutkimuksen mukaan ei ole mahdollista.sciencedaily

Uuden ymmärryksen myötä tiimi onnistui ensimmäistä kertaa ohjaamaan ihmisen pluripotentteja kantasoluja toiminnallisiksi takaraivon motorisiksi neuroneiksi. Laboratoriossa kasvatetut solut tuottivat sähköisiä signaaleja ja valmistivat proteiineja, jotka liittyvät tiettyihin takaraivon alueisiin, jotka ohjaavat kasvojen ja nielemisen lihaksia.sciencedaily

Edistysaskel avaa uusia väyliä sellaisten sairauksien tutkimiseen, jotka vaurioittavat aivorunkoa, mukaan lukien amyotrofinen lateraaliskleroosi ja spinaalinen lihasatrofia, joka on merkittävä geneettinen kuolinsyy alle yksivuotiailla lapsilla.sciencedaily

Muinainen evoluutiomalli

Tiimi jäljitti aivojen kaksoisalkuperämallia 550 miljoonan vuoden ajalta ja löysi saman rakenteen kanoilta, seeprakaloilta ja tammenterhomadoilta – pieniltä merenpohjan eläimiltä, joilla on kaukainen yhteinen esi-isä ihmisten kanssa.iosconews+1

"Tutkimuksemme viittaa siihen, että evoluutio otti kaksi olemassa olevaa hermojärjestelmää ja työnsi ne yhteen tilallisesti", Loh sanoi. "Aivojen pitäminen yhtenä elimenä olisi luultavasti tehokkaampaa, mutta olemme riippuvaisia tästä primordiaalisesta tavasta rakentaa aivot kahdesta erillisestä osasta."sciencedaily