Молекулярные биологи изучили то, как гены управляют развитием коры мозга у людей и наших ближайших родичей и не нашли серьезных различий в том, как меняется их работа с течением времени. За последние годы ученые открыли несколько сотен генов, отвечающих за развитие мозга и отличающиеся по структуре в геномах человека и шимпанзе. Однако им так и не удавалось найти тех участков ДНК, которые отвечали за необычайно крупные, по сравнению с остальным телом, размеры нашего мозга.

Геномы человека и шимпанзе совпадают на 99%, однако наши нервные системы развиваются совершенно по-разному и страдают от разных проблем в старости. Эти различия мешают ученым использовать приматов для изучения различных болезней и того, как человек приобрел способность членораздельно говорить и мыслить.

Многие нейрофизиологи и генетики подозревают, что причина разительного отличия людей и приматов кроется не столько в структуре генов, сколько в различиях в их активности в разных частях мозга.

Михаил Гельфанд, профессор Сколтеха и его коллеги попытались проверить эту гипотезу, наблюдая за тем, как активно клетки мозга считывают гены на разных этапах его развития, и какие варианты белков они производят в мозге людей, шимпанзе и макак.

Как объясняют исследователи, гены людей и других млекопитающих могут содержать в себе «инструкции» по синтезу не одной, а сразу нескольких белковых молекул. Когда ядро клетки считывает ДНК и формирует молекулу РНК, последняя может быть отредактирована клеткой несколькими способами и из нее могут быть выброшены разные «ненужные» части. Это радикально изменит то, как будет собрана молекула белка, которую она кодирует.

По этой причине гены, имеющие схожую структуру, могут исполнять совершенно разные функции при работе или росте мозга и других тканей тела приматов и людей. Пытаясь найти подобные различия, российские и китайские биологи проанализировали то, как менялась работа генов в культурах клеток префронтальной коры, извлеченных из 168 образцов мозга людей и обезьян, погибших на разных стадиях развития плода или старения тела.

Их анализ раскрыл необычную вещь – несмотря на достаточно серьезные различия в том, какие гены включались в нейронах коры и какие белки они производили, в целом их работа менялась по мере развития плода или старения тела по одной и той же программе. Большая часть этих изменений касалась того, как хорошо нервные клетки «липнут» друг к другу, в какие типы нейронов могут превращаться их «заготовки» и то, как они обмениваются сигналами.

Что интересно, подобные изменения сильнее всего проявлялись в клетках людей. Это, как предполагают ученые, связано с тем, что мозг человека продолжает активно развиваться на протяжении нескольких лет после выхода из утробы матери.

«Известно, что человек, по сравнению с другими приматами, рождается на свет «недоношенным». Можно предположить, что специфические для человека варианты, которые мы наблюдаем, присущи для более ранних этапов формирования мозга и вносят вклад в пластичность мозга, характерную для человека», — отмечает Гельфанд.

Между тем группа биологов под руководством Томоко Сакай из Киотского университета уже сопоставила скорость развития мозга у зародышей шимпанзе и человека.

Сакай и ее коллеги нашли беременную самку шимпанзе в одном из японских зоопарков и следили за развитием зародыша при помощи трехмерного ультразвукового сканера с 14 по 34 недели беременности. Ученые анализировали форму черепа зародыша, вычисляли объем мозга и сравнивали полученную информацию с тем, как развивается мозг человека.

Оказалось, что зародыш человека начинает значительно опережать шимпанзе по темпам роста мозга на самых ранних этапах развития. Так, на 16 неделе роста мозг человеческого ребенка был примерно в два раза больше по объему, чем мозг зародыша шимпанзе.

Кроме того, различалась и скорость роста нервных клеток — мозг обезьяны перестал наращивать скорость развития к 22 неделе жизни, тогда как человеческий зародыш продолжал ускоряться до завершения внутриутробного развития. Это привело к тому, что скорость роста мозга человека в шесть раз превышала аналогичный показатель для шимпанзе на последних неделях беременности.

Как полагают учёные, столь серьезные различия в скорости роста мозга у зародышей человека и шимпанзе говорят о том, что наш мозг начал стремительно усложняться и увеличиваться в объеме после разделения предков протолюдей и приматов. В своих следующих работах ученые планируют изучить то, насколько быстро развиваются отдельные части мозга человека и шимпанзе, в том числе кора больших полушарий и другие части переднего мозга.

«Изучение различий в развитии структуры мозга человека и высших приматов позволит нам понять, почему мы обладаем таким большим мозгом и сложным социальным поведением», — заключает Сакай.

Схожий характер работы программы развития и старения мозга у всех трех видов приматов говорит о том, что эволюция нервной системы протекает не так быстро.
Ученые из Сколтеха, Китая и Германии открыли большой набор генов, различия в работе которых неожиданно сильно меняют то, как работает кора и другие части мозга приматов и людей, несмотря на сходство в их анатомии.

«Иммуногистохимический анализ показал, что уникальные для человека изменения в экспрессии генов затронули не только нейроны, но и широкий спектр других клеток, например, астроциты и микроглию. Это делает очень актуальными результаты недавних исследований, говорящих о критической роли астроцитов и микроглии в интеграции и хранении информации в мозге», — заявила Ольга Ефимова из Сколтеха, одна из авторов открытия, чьи слова приводит пресс-служба института.

Ефимова и ее коллеги под руководством Филиппа Хайтовича приблизились к раскрытию этой тайны, изучив то, какие гены «включены» в отдельных слоях коры мозга человека, исполняющих разные функции в ее работе. Для этого ученые послойно препарировали образцы человеческого мозга и мозга приматов, извлекли молекулы РНК из них и проанализировали, какие гены клетки «читали» чаще всего.

Это исследование показало, что многие гены, управляющие работой мозга, функционируют в наших нервных клетках совсем не так, как они работают в нейронах шимпанзе или макак. К примеру, у человека свыше 2,3 тысячи генов работают только в одном слое коры, что разительно отличает нас от приматов, и около 360 генов работают не в тех слоях, в которых они «включены» в мозге обезьян.

Открытие этого набора генов, как считает Ефимова, позволит нам начать систематическое изучение того, что именно отличает человека от шимпанзе и как эти различия могли появиться за столь короткий эволюционный срок.

Источник RNA

Обманчивое сходство с обезьяной
Вполне можно сказать, что по сравнению с обезьяной человек «рождается недоношенным». Если сравнить степень зрелости мозга человеческого ребенка и детеныша обезьяны при их появлении на свет и степень зрелости нервной системы детеныша обезьяны оценить, как 50%, то для человеческого ребенка эта цифра будет не выше 20%, а по оценкам многих исследователей – 10% и ниже. В итоге человек взрослеет гораздо дольше, а наша нервная система интенсивно развивается и растет в первые 20 лет жизни, а некоторые исследователи полагают, что ее рост продолжается в течение всей жизни. Почему так? Ноологи полагают, что в процессе экоэволюции человек, выделился как вид, основной целью возникновения которого было не быть «царем природы», а сформировать новый виток экоэволюции или обеспечить шаг в направлении этого нового витка. И вполне может статься, что этот шаг наш вид так и не сделал. Или сделав, вернулся назад. И все, чем мы занимались до сих пор, выстраивая ту цивилизацию, которую знаем – не более, чем хождение по кругу.