Бородатая ящерица
В новом исследовании показано, что от концепции «рептильного мозга», находящегося в основе мозга млекопитающих, стоит отказаться раз и навсегда.
На основе исследований мозга бородатых ящериц (Pogona vitticeps), крупных животных, живущих в австралийской пустыне, учёные показали, что мозги рептилий и млекопитающих эволюционировали раздельно, и имеют лишь общего предка.
Впервые идея о наличии «рептильного мозга» появилась и стала популярной в 1960-70-х годах, и была основана на сравнительных анатомических исследованиях. Доктор и нейробиолог Пол Маклин заметил, что части мозга млекопитающих очень сильно напоминали части мозга рептилий. Он сделал вывод, что после выхода жизни на сушу мозг животных эволюционировал поэтапно.
По модели Маклина, сначала появился рептильный мозг, базальное ядро. Потом появилась лимбическая система: гиппокамп, миндалина и гипоталамус. Наконец, у приматов появилась новая кора – неокортекс.
В модели триединого мозга каждый из этих отделов отвечает за свои функции. Например, базальное ядро якобы занимается базовыми реакциями типа инстинкта выживания.
Однако нейробиологи уже давно критикуют эту модель. Мозг так не работает – отдельными частями над отдельными задачами. Несмотря на анатомическое разделение разных частей мозга они плотно взаимосвязаны. А новые технологии позволяют нам лучше разбираться в том, как шла эволюция мозга.
Исследователи из института исследований мозга имени Макса Планка сравнивали строение нейронов ящериц и мышей на молекулярном уровне. По словам нейробиолога Жиля Лорена из этого института, нейроны – наиболее разнообразный вид клеток нашего организма. Их эволюционное разнообразие отражает изменения в процессах их развития и может вызывать изменения в нейронных цепях, к которым они принадлежат.
Важная веха в эволюции позвоночных и их мозга наступила порядка 320 млн лет назад. Тогда первые четырёхногие животные вышли на сушу из воды и начали разделяться на различные семейства, из которых в итоге появились рептилии и птицы с одной стороны и млекопитающие с другой.
В мозге есть структуры, формирующиеся во время эмбрионального развития всех четвероногих: общая архитектура в подкорковых областях. Но поскольку традиционных анатомических сравнений областей развития может быть недостаточно для полной детализации всех различий и сходств между мозгом рептилий и млекопитающих, исследователи выбрали другой подход.
Они секвенировали РНК — молекулу-матрицу для формирования белков — в отдельных клетках мозга бородатых ящериц, чтобы узнать их транскриптом — полный спектр молекул РНК в клетке — и, таким образом, создать атлас клеточного типа мозга ящерицы. Затем этот атлас сравнили с существующими наборами данных о мозге мышей.
Выяснилось, что исторически существовал основной набор типов нейронов с похожими транскриптомами, общими как для млекопитающих, так и для рептилий, несмотря на то, что они развивались отдельно на протяжении более 320 миллионов лет.
Но эти нейроны не ограничены определённой «рептильной» областью мозга. Анализ показал, что в большинстве областей мозга есть смесь наследственных и новых типов нейронов, что ставит под сомнение представление о том, что некоторые области мозга являются более древними, чем другие.
Исследователи обнаружили, что нейроны таламуса можно разделить на две группы в зависимости от их связи с другими областями мозга. И эти связанные области совершенно различны у млекопитающих и рептилий.
Команда обнаружила, что транскриптомы различаются с тем, чтобы соответствовать соединяющимся областям мозга, из чего следует, что транскриптомная идентичность нейрона — полное генетическое считывание того, какие белки ему могут понадобиться — проистекает из его связности или отражает её.
«Поскольку в нашем распоряжении нет мозга древних позвоночных животных, реконструкция эволюции мозга за последние полмиллиарда лет потребует объединения очень сложных молекулярных, анатомических и функциональных данных», — говорит Лоран.
