De ce creierul oamenilor s-a dezvoltat mai mult decât al maimuțelor?

Cercetători din Marea Britanie au identificat, în premieră, modalitatea prin care creierul uman a crescut mai mult decât al altor primate, având de trei ori mai mulți neuroni, în comparație cu creierii cimpanzeilor și al gorilelor.

Derulat de cercetători de la Laboratorul de Biologie Moleculară al Consiliului de Cercetare Medicală (MRC) din Cambridge, Marea Britanie, studiul a identificat un comutator molecular cheie care poate face ca organoizii cerebrali de maimuțe să crească mai mult ca organoizii umani și invers.

• Ce se întâmplă cu creierul atunci când lucrezi în echipă?
• Locul în care trăiești influențează ce greutate ai, arată un nou studiu

Publicat în revista Cell, studiul a comparat „organoizi cerebrali”, țesuturi 3D crescute din celule stem care modelează dezvoltarea timpurie a creierului, care au fost cultivați din celule stem de la oameni,  gorile și cimpanzei.

Similar cu creierii actuali, mini-creierii umani creați în laborator au crescut mult mai mult decât organoizii de la maimuțe.

Cea mai mare diferență între oameni și maimuțe

„Aceasta oferă unele dintre primele informații despre ceea ce este diferit în creierul uman în curs de dezvoltare care ne diferențiază de rudele noastre cele mai apropiate, maimuțele mari. Cea mai izbitoare diferență dintre noi și alte primate este cât de incredibil de mare este creierul nostru”, a afirmat coordonatoarea studiului, dr. Madeline Lancaster, de la Laboratorul MRC de Biologie Moleculară.

În primele etape ale dezvoltării creierului, neuronii se formează din celulele stem numite progenitori neuronali. Inițial, aceste celule progenitoare au o formă cilindrică care le face să se dividă mai ușor în celule fiice identice cu aceeași formă.

Cu cât celulele progenitoare neuronale se multiplică în acest stadiu, cu atât mai mulți neuroni vor fi mai târziu.

Pe măsură ce celulele ajung la maturitate și își încetinesc multiplicarea, ele se alungesc, având o formă ca un con întins de înghețată.

Cercetările anterioare efectuate pe șoareci au arătat că celulele lor progenitoare neuronale se maturizau într-o formă conică și își încetineau multiplicarea în câteva ore. Acum, organoidele cerebrale au permis cercetătorilor să descopere cum are loc dezvoltarea creierului la oameni, gorile și cimpanzei.

De ce oamenii au mai mulți neuroni

Oamenii de știință au descoperit că la gorile și cimpanzei această tranziție durează mult, având loc în aproximativ cinci zile.

Progenitorii umani au fost și mai întârziați în această tranziție, durând aproximativ șapte zile. Celulele progenitoare umane și-au menținut forma asemănătoare unui cilindru mai mult decât alte primate, timp în care s-au divizat mai frecvent, producând mai multe celule.

Această diferență în viteza de tranziție de la progenitori neuronali la neuroni înseamnă că celulele umane au mai mult timp să se multiplice. Aceasta ar fi explicația pentru numărul de aproximativ trei ori mai mare de neuroni din creierul uman, comparativ cu creierul gorilelor sau al cimpanzeilor.

Am descoperit că o modificare întârziată a formei celulelor din creierul timpuriu este suficientă pentru a schimba cursul dezvoltării, ajutând la determinarea numărului de neuroni care se formează. Este remarcabil faptul că o schimbare evolutivă relativ simplă a formei celulei ar putea avea consecințe majore în evoluția creierului”, a spus dr. Lancaster, care în 2013 a creat primii mini-creieri în laborator, potrivit SchiTechDaily.

Pentru a descoperi mecanismul genetic care determină aceste diferențe, cercetătorii au comparat expresia genelor (care gene sunt activate și oprite) în mini-creieri umani față de celelalte primate.

Gena care face diferența

Aceștia au identificat diferențe într-o genă numită „ZEB2”, care a fost activată mai devreme în organoizii cerebrali ai gorilelor decât în cei de natură umană.

Pentru a testa efectele genei în celulele progenitoare ale gorilelor, oamenii de știință au întârziat acțiunea ZEB2. Acest lucru a încetinit maturarea celulelor progenitoare, făcând mini-creierii de gorilă să se dezvolte mai asemănător cu cei umani, mai încet și mai mari.

În mod invers, activarea timpurie a genei ZEB2 în celulele progenitoare umane a promovat tranziția prematură în organoizii umani, astfel încât aceștia s-au dezvoltat mai mult ca organoizi de maimuțe.

Cercetătorii au precizat că organoizii sunt un model și, la fel ca toate modelele, nu refac pe deplin creierele reale, în special funcția matură a creierului. Pentru a răspunde la întrebări fundamentale despre evoluția oamenilor, aceste țesuturi cerebrale dintr-un vas oferă însă o viziune fără precedent asupra etapelor cheie ale dezvoltării creierului care ar fi imposibil de studiat altfel.

Vă recomandăm sa citiți și:

Pierderea unei gene alimentează cancerul cerebral mortal în cazul copiilor

Mini-creierele crescute în laborator de către savanţii japonezi sunt cele mai avansate de până acum

Chinezii şi americanii au creat maimuţe modificate genetic. Creierul acestor primate este asemănător cu al oamenilor

Scanarea celebrului Little Foot oferă noi detalii despre originea oamenilor