Специалисты Центра регенеративных терапий Дрезденского технического университета в Германии выяснили, почему мозг человека заметно крупнее, чем у других человекообразных обезьян. Итоги исследования опубликованы в Nature Communications. Как выяснилось, решающую роль сыграли не новые гены, а перестройка системы управления уже существующими.
Главная отличительная черта человеческого мозга связана с увеличенным неокортексом. Этот участок отвечает за переработку сложной информации, речь, абстрактное мышление и планирование. Отдельные гены, связанные с ростом мозга в ходе эволюции, учёные находили и раньше, но их влияние не объясняло всех изменений. При этом генетическое сходство человека с другими человекообразными обезьянами достигает 98–99%.
Изучать развитие мозга шимпанзе и горилл напрямую исследователи не могут из-за этических ограничений на доступ к эмбриональным тканям. Поэтому они применили органоиды — трёхмерные структуры, выращенные из стволовых клеток. Такие модели воспроизводят отдельные особенности формирования коры головного мозга на ранних стадиях. Учёные создали и сопоставили модели для человека, шимпанзе и гориллы.
В результате они обнаружили почти 600 регуляторных участков ДНК. Эти участки действуют как переключатели, усиливая или ослабляя активность определённых генов, а их работу сравнили с регулировкой яркости лампы. В человеческих клетках многие из них оказались активнее, чем у других изученных приматов. Особое внимание исследователи уделили регуляторам, влияющим на форму клеток.
Они нашли механизмы, связанные с развитием длинных разветвлённых отростков нервных стволовых клеток. Чтобы проверить их роль, учёные отключили 2 соответствующих гена в человеческих органоидах. В итоге клетки утратили часть разветвлений, а в одном из экспериментов также снизилось количество образующихся нейронов. Это согласуется с гипотезой о том, что разветвлённая структура помогает клеткам получать больше сигналов из окружающей среды, благодаря чему они активнее делятся и производят больше нервных клеток. В конечном счёте такие особенности развития способны влиять на размеры формирующегося мозга.
Профессор Марейке Альберт, руководившая исследованием, отметила, что дело не обязательно в особых генах. Судя по почти идентичным геномам, человек пользуется тем же набором инструментов, что и обезьяны, просто с другими настройками, пишет МК.