Chociaż fizyczne różnice między ludźmi a naczelnymi innymi niż ludzie są dość wyraźne, nowe badanie ujawnia, że ich mózgi mogą być niezwykle podobne. A jednak najmniejsze zmiany mogą powodować duże różnice w zaburzeniach rozwojowych i psychicznych.
Zrozumienie różnic molekularnych, które wyróżniają ludzki mózg, może pomóc naukowcom zbadać zakłócenia w jego rozwoju. Nowe badanie, opublikowane niedawno w czasopiśmie Science przez zespół, w tym profesora neurobiologii z University of Wisconsin-Madison, Andre Sousa, bada różnice i podobieństwa komórek w korze przedczołowej – najbardziej wysuniętym do przodu regionie mózgu, obszarze, który odgrywa centralną rolę rola w wyższych funkcjach poznawczych – między ludźmi a naczelnymi innymi niż człowiek, takimi jak szympansy, makaki rezus i marmozety.
Różnice komórkowe między tymi gatunkami mogą naświetlić etapy ich ewolucji i to, jak te różnice mogą być powiązane z zaburzeniami, takimi jak autyzm i niepełnosprawność intelektualna, obserwowanymi u ludzi. Sousa, który bada biologię rozwojową mózgu w UW-Madison’s Waisman Center, postanowił zacząć od zbadania i kategoryzacji komórek w korze przedczołowej we współpracy z laboratorium Uniwersytetu Yale, gdzie pracował jako badacz podoktorancki.
„Profilujemy grzbietowo-boczną korę przedczołową, ponieważ jest ona szczególnie interesująca. Ten obszar korowy występuje tylko u naczelnych. Nie występuje u innych gatunków” – mówi Sousa. „Była powiązana z kilkoma istotnymi funkcjami w zakresie wysokiego poznania, takimi jak pamięć robocza. Została również powiązana z kilkoma zaburzeniami neuropsychiatrycznymi. Postanowiliśmy więc przeprowadzić to badanie, aby zrozumieć, co jest wyjątkowego u ludzi w tym regionie mózgu”.
Sousa i jego laboratorium zebrali informacje genetyczne z ponad 600 000 komórek kory przedczołowej z próbek tkanek ludzkich, szympansów, makaków i marmozet. Przeanalizowali te dane, aby podzielić komórki na typy i określić różnice w podobnych komórkach między gatunkami. Nic dziwnego, że zdecydowana większość komórek była dość porównywalna.
„Większość komórek jest w rzeczywistości bardzo podobna, ponieważ gatunki te są stosunkowo blisko ewolucyjnie” – mówi Sousa.
Sousa i jego współpracownicy znaleźli pięć typów komórek w korze przedczołowej, które nie występowały u wszystkich czterech gatunków. Odkryli również różnice w obfitości niektórych typów komórek, a także zróżnicowanie wśród podobnych populacji komórek w różnych gatunkach. Porównując szympansa do człowieka, różnice wydają się ogromne – od wyglądu fizycznego po możliwości mózgu. Ale na poziomie komórkowym i genetycznym, przynajmniej w korze przedczołowej, podobieństw jest wiele, a różnice są oszczędne.
„Nasze laboratorium naprawdę chce wiedzieć, co jest wyjątkowego w ludzkim mózgu. Oczywiście z tego badania i naszych wcześniejszych prac większość z nich jest taka sama, przynajmniej wśród naczelnych” – mówi Sousa.
Niewielkie różnice, które odkryli badacze, mogą być początkiem określania niektórych z tych unikalnych czynników, a informacje te mogą prowadzić do odkryć dotyczących rozwoju i zaburzeń rozwojowych na poziomie molekularnym.
„Chcemy wiedzieć, co wydarzyło się po ewolucyjnym rozłamie między ludźmi a innymi naczelnymi” – mówi Sousa. „Chodzi o to, że masz mutację w genie lub kilku genach, a te geny mają teraz nieco inne funkcje. Ale jeśli te geny są istotne dla rozwoju mózgu, na przykład, ile z określonej komórki jest produkowanych lub jak komórki są łącząc się z innymi komórkami, jak wpływa na obwody neuronalne i ich właściwości fizjologiczne? Chcemy zrozumieć, w jaki sposób te różnice prowadzą do różnic w mózgu, a następnie prowadzą do różnic, które możemy zaobserwować u dorosłych”.
Obserwacje w ramach badania poczyniono w mózgach dorosłych, po tym jak większość rozwoju została zakończona. Oznacza to, że różnice mogą pojawiać się podczas rozwoju mózgu. Tak więc następnym krokiem naukowców jest zbadanie próbek z rozwijających się mózgów i rozszerzenie ich obszaru badań poza korę przedczołową, aby potencjalnie ustalić, gdzie i kiedy te różnice się biorą. Mamy nadzieję, że te informacje doprowadzą do stworzenia solidniejszych podstaw, na których można położyć badania nad zaburzeniami rozwojowymi.
„Jesteśmy w stanie robić niezwykłe rzeczy, prawda? Studiujemy samo życie, wszechświat i wiele więcej. I to jest naprawdę wyjątkowe, gdy się rozejrzysz”, mówi Sousa, którego zespół obejmował doktorantów Ryan Risgaards i Zachary Gomez. Sanchez, stażystka badawcza Danielle Schmidt oraz studenci studiów licencjackich Ashwin Debnath i Cade Hottman. „Jeśli mamy te wyjątkowe zdolności, to musi to być coś w mózgu, prawda? W mózgu jest coś, co pozwala nam to wszystko robić i naprawdę jesteśmy zainteresowani tym, co to jest”.
Źródło historii:
Materiały dostarczone przez Uniwersytet Wisconsin-Madison. Oryginał napisany przez Emily Leclerc. Uwaga: Treść można edytować pod kątem stylu i długości.