Учёные из Немецкого центра приматов — Лейбницского института исследований приматов в Гёттингене — выяснили, почему мозг обыкновенных игрунок (Callithrix jacchus) почти лишён складок. Результаты исследования опубликованы в журнале Science Advances. Работа основана на сравнении органоидов мозга человека и этих южноамериканских обезьян.
Исследователи сосредоточились на нейральных клетках-предшественниках, из которых формируются нейроны. У игрунок такие клетки делятся медленнее, имеют более простое строение и раньше прекращают период быстрого размножения. В совокупности это приводит к образованию меньшего числа нервных клеток, уменьшению коры и слабому развитию её складок.
Поверхность человеческого мозга покрыта многочисленными извилинами и бороздами, напоминающими поверхность грецкого ореха. Благодаря складчатости увеличивается площадь коры, где размещаются миллиарды нейронов. У игрунок мозг значительно меньше и почти гладкий, хотя на ранних этапах развития его структура и состав соответствуют типичному крупному складчатому мозгу приматов.
«Мы хотели понять, какие изменения на клеточном уровне заставляют мозг игрунки расти медленнее и формировать меньше складок», — объяснила Лидия Тынянская, одна из двух первых авторов работы и аспирантка младшей исследовательской группы по развитию и эволюции мозга DPZ. По её словам, в начале развития мозг игрунки имеет обычное для крупных приматов строение, поэтому позднее должны включаться процессы, замедляющие производство нервных клеток.
Органоиды позволили наблюдать развитие мозга на множестве образцов и сопоставить сроки ключевых процессов. «Исследование объединяет преимущества методов in vivo и in vitro. Органоиды подходят для получения статистически надёжных результатов, поскольку такие размеры выборки невозможно обеспечить при работе с приматами. Затем мы повторили несколько основных экспериментов на ткани мозга плода, чтобы подтвердить результаты, полученные на органоидах», — рассказал руководитель группы Михаэль Хайде.
Учёные также установили соответствие между моделью и естественным развитием мозга: органоид игрунки в возрасте 50 дней примерно соответствует мозгу животного на 90-м дне развития. Полученные данные показывают, что небольшие различия в скорости деления, строении и сроках работы клеток-предшественников способны формировать заметные различия в размере и складчатости мозга приматов. Эти результаты могут помочь изучать эволюцию мозга и нарушения развития человеческой нервной системы.