Мозъкът на мармозетката започва със същата структура като нагънатия мозък на приматите, но по-бавно делящите се, по-прости клетки правят така, че да остане малък и гладък.
Както хората, повечето примати имат мозък, покрит с дълбоки гънки, но с едно изключение - обикновената мармозетка, малка южноамериканска маймуна, тя е с мозък, който е малък и почти гладък.
В ранните етапи на развитие обаче мозъкът на мармозетката има същата основна структура като големите, нагънати мозъци на нейните роднини. Работейки с лабораторно отгледана мозъчна тъкан и проби от фетуси, изследователите откриват, че клетките, образуващи невроните, при мармозетките се делят по-бавно и приемат по-прости форми.
Според екипа, мармозетката не просто е загубила програмата на приматите за изграждане на голям, нагънат мозък. Вместо това, няколко малки промени ограничават растежа ѝ.
Изследователите от Германския център за примати (DPZ) в Гьотинген, Германия, са извършили по-голямата част от работата с мозъчни органоиди. Това са клъстери от мозъчни клетки, отгледани от стволови клетки, и те следват някои от същите ранни стъпки като развиващия се мозък. Екипът е проверил ключовите резултати с тъкан от фетуси на мармозетки.
"Искахме да разберем кои промени на клетъчно ниво карат мозъка на мармозетката да расте по-малко и да образува по-малко гънки", обяснява Лидия Тинянская (Lidiia Tynianskaia), докторант в DPZ и един от двамата първи автори на изследването.
Органоидите на мармозетката и човека си приличат
Учените смятат, че общият прародител на всички примати вероятно е имал мозък със среден размер с поне някакви гънки. При хората тези гънки значително увеличават мозъчната повърхност и оставят място за милиарди нервни клетки.
Екипът е отгледал органоиди от три човешки и три линии стволови клетки от мармозетки. За някои тестове са добавили органоиди от резус макаци, маймуни с големи, нагънати мозъци.
Четири седмици по-късно, органоидите на мармозетките и хората изглеждали почти еднакво под микроскоп и съдържали едни и същи видове клетки.
"На пръв поглед органоидите на човешкия мозък и този на мармозетката изглеждат забележително сходни. Не се виждат веднага големи разлики", разказва Михаел Хайде (Lidiia Tynianskaia) пред Earth.com. Хайде ръководи групата за развитие и еволюция на мозъка в DPZ и работи и в Медицинския факултет в Хановер.
Разликите се проявяват в клетките, които се делят, за да произвеждат неврони, които учените наричат неврални прогениторни клетки (клетки-предшественици).
"Но след като започнахме да ги анализираме подробно, бе изненадващо да видим колко различно се държат техните неврални прогениторни клетки", посочва Хайде.
Клетките на мармозетките се делят по-бавно
При органоидите на мармозетките, пълният цикъл на клетъчно делене отнема около 68,5 часа. При човешките органоиди за това са нужни около 57,2 часа, така че всеки цикъл на мармозетката е с приблизително 11 часа по-дълъг.
Екипът проследява и колко прогениторни клетки са копирали своята ДНК, стъпка, която една клетка предприема, преди да се раздели. Този дял се е стабилизирал на 83,9% при човешките органоиди и на 48,7% при тези на мармозетките, въпреки че клетките на мармозетките са били наблюдавани в продължение на 84 часа.
Така че голяма част от клетките на мармозетките не са се делили много. Някои от тези клетки са се движели бавно, а други сякаш са спрели.
Органоидите на мармозетките също са произвели по-малко неврони. На 30 дни човешките и резусните органоиди са произвели значително повече неврони за всеки прогенитор, отколкото органоидите на мармозетките.
Периодът на растеж е съкратен
В развиващия се мозък на приматите първо се случва уплътнение от прогениторни клетки в слой около запълнено с течност пространство. По-късно много от тях се преместват навън във втора зона, където при приматите с голям мозък прогениторните клетки се размножават интензивно.
При фетусите на мармозетките този преход се случва рязко, около 85-ия ден от бременността. Производството на неврони приключва след 105-ия ден, което оставя на външната зона само кратък период.
Органоидите преминават през същата промяна. Между 30-ия и 50-ия ден, вътрешният слой на органоидите на мармозетките става по-тънък и по-малко от клетките му се разделят, докато човешките органоиди не показват такъв спад. От тестваните стадии, 50-дневните органоиди се доближават най-много до тъкан от фетуси на мармозетки на 90-ия ден от бременността.
"Те възпроизвеждат същата последователност от събития в развитието като мозъка на фетусите на мармозетките, но в кондензиран времеви мащаб", отбелязва Хайде.
По-простите клетки могат да се размножават по-малко
В големите, нагънати мозъци, прогениторните клетки във външната зона често развиват няколко разклонения, а по-разклонените са склонни да се делят повече. Екипът се е върнал към изображения на мозъци на фетуси на мармозетки на 100-ия ден от бременността, направени за по-ранно проучване.
Повечето от делящите се клетки в тази зона имат само един клон, насочен навън. Сложните форми са рядкост в сравнение с по-ранни данни от хора, макаци и порове.
"Други прогениторни клетки имат по-проста структура от човешките си аналози, с по-малко израстъци и следователно са по-малко пролиферативни [склонни към по-бавен разтеж]", обяснява Сезар Матео Бастидас-Бетанкур (Mateo Bastidas-Betancourt), другият първи автор на изследването.
Нито една промяна не изглежда достатъчна. В по-ранен експеримент, публикуван през 2020 г., Хайде и колегите му добавят ген, който се среща само при хората, към развиващите се мозъци на мармозетките.
Тези мозъци са се увеличили и са образували гънки, но само в някои области. За авторите това показва, че няколко спирачки работят едновременно.
Значение за някои човешки мозъчни разстройства
Малък, почти гладък мозък се проявява и при някои човешки разстройства, като микроцефалия, необичайно малка глава и мозък, и лизенцефалия, мозък, който се развива без гънки.
"Важната разлика е, че при мармозетките това е нормалната програма за развитие, а не резултат от неправилно функциониращи невронни прогениторни клетки", посочва Хайде.
Той добавя, че изследването е насочено главно към това как еволюцията обикновено определя растежа на мозъка. Въпреки това, агресивният рак на мозъка, глиобластом, споделя много характеристики с невронните прогениторни клетки. Бъдещи изследвания могат да проучат дали механизмите, които естествено забавят тези клетки при мармозетките, биха могли да помогнат за забавяне на растежа на рака.
Производството на по-малко неврони е една от причините мозъкът да остане гладък и авторите казват, че вероятно не е единствената. Физическите сили в нарастващата тъкан и гените, активирани там, където по-късно ще се образуват гънки, също може да играят роля.
Подобно на други минимозъци, отгледани в лаборатория, тези органоиди имат ограничения. Човешките и мармозетките клетки може да не растат еднакво добре в едни и същи лабораторни условия, така че авторите не могат да изключат, че някои разлики отразяват колко бързо са узрели органоидите на всеки вид.
Бъдещите изследвания ще трябва да проверят дали органоидите могат да моделират тези характеристики и дали те се различават между мармозетките и приматите с по-големи, нагънати мозъци.
Справка: Lidiia Tynianskaia et al. , Coordinated neural progenitor adaptations contribute to primate neocortical downscaling. Sci. Adv. 12, eaeg5563(2026). DOI: 10.1126/sciadv.aeg5563
Източник: Marmosets start out with the makings of a folded brain – so why does theirs stay smooth?, Earth.com
Коментари
Моля, регистрирайте се от TУК!
Ако вече имате регистрация, натиснете ТУК!
Няма коментари към тази новина !
Последни коментари
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Необикновена космическа експлозия, случваща се веднъж на хилядолетие
Памет на водата или как ни промиват мозъка
Произходът на мартеницата трябва да се търси далече - в Индия и Древна Гърция