Nové zistenia: Dva gény stáli za zrodom nášho veľkého a komplexného mozgu

Gény, ktoré sa vyvinuli výlučne u ľudí, prispeli k zväčšeniu ľudského mozgu, čo ho odlišuje od mozgov iných primátov.

Mikroskopická snímka časti elektroporovaného, geneticky modifikovaného organoidu mozgu šimpanza. Bunkové jadrá sú označené modrou farbou, prekurzorové bunky fialovou, geneticky modifikované bunky zelenou a deliace sa bunky oranžovou farbou. Zdroj: Nemecké primatologické centrum. Foto: Nesil Esiyok

Vývoj veľkého a komplexného ľudského mozgu je jedným z najfascinujúcejších aspektov našej evolúcie. Nedávny výskum vedcov z Nemeckého primatologického centra a Inštitútu Maxa Plancka pre molekulárnu bunkovú biológiu a genetiku odhalil, že dva špecifické gény, ktoré sa vyvinuli výlučne u ľudí, spoločne ovplyvňujú vývoj nášho, väčšieho mozgu.

Komunikujúca hmota

Ľudský mozog je jedným z najpozoruhodnejších výtvorov prírody. Má hmotnosť približne 1,4 kilogramu a nesmierne komplexnú štruktúru. Právom patrí medzi najväčšie na svete. Vďaka nemu myslíme, učíme sa, prežívame emócie, sme kreatívni a riešime problémy na úrovni, ktorá nemá v živočíšnej ríši obdobu.

V mozgu sa nachádza približne 86 miliárd neurónov, ktoré spolu komunikujú prostredníctvom synáps – komunikačných kanálov s ďalšími niekoľkými tisícmi neurónov. Neuróny medzi sebou komunikujú elektrickými impulzmi rýchlosťou až 120 metrov za sekundu.

Lenže ako presne sa takýto veľký a výkonný orgán vyvinul? Nové výskumy prinášajú prelomové poznatky o tom, ako genetické faktory prispeli k zväčšeniu ľudského mozgu a čo ho odlišuje od mozgov iných primátov.

Vďaka nášmu mozgu myslíme, učíme sa, prežívame emócie, sme kreatívni a riešime problémy. Zdroj: iStock.com/MarLei

Pozrite si

Mozgy sa nám stále zväčšujú. Mozgová kôra narástla až o 15 percent

19. apríla 2024 | VEDA NA DOSAH

Ľudský verzus šimpanzí mozog

Hoci mozog iných primátov tiež prechádza obdobím intenzívneho rastu, ten náš má dlhšie obdobie vývoja. Vo výsledku je napríklad v porovnaní s mozgom šimpanzov – našich najbližších príbuzných – približne trikrát väčší. Máme vyšší počet neurónov, ktoré sú poprepájané mnohými dráhami.

Tento rozdiel vo veľkosti je prítomný najmä v časti mozgu nazývanej neokortex – mozgová kôra. Neokortex zahŕňa súbor oblastí nazývaných asociačná kôra, ktoré sú aktívne pri náročnejších kognitívnych zručnostiach, ako je používanie jazyka, pochopenie sociálnych interakcií a riešenie problémov.

U priemerného človeka sa mozgová kôra môže skladať z 15 až 33 miliárd neurónov, čo je obrovské číslo, ale to nie je všetko. Predstavte si, že tieto neuróny ešte navzájom komunikujú pomocou synáps.

Trojrozmerné modely šimpanzej a ľudskej lebky a mozgu (fialová). Zdroj: Jose Manual de la Cuetara/Aida Gomez-Robles

Nové zistenia

V najnovšej štúdii z tohto roka vedci zistili, že hlavný rozdiel medzi mozgami nebol v prefrontálnom kortexe, ako sa spočiatku myslelo, ale v spánkovom laloku. Ide o veľkú časť kôry umiestnenej približne za uchom. Spánkový lalok je nevyhnutný pre sluchové spracovanie a schopnosť rozpoznávať tváre a objekty a aj pre tvorbu a uchovávanie spomienok.

Aj keď sa ľudia a šimpanzy líšia, mnohé spôsoby myslenia, komunikácie a cítenia sú rovnaké. Je to spôsobené tým, že štruktúra a funkcia ich mozgu sú dosť podobné. Príkladom môžu byť Brocovo a Wernickeho centrum, ktoré súvisia s jazykom a porozumením reči. Tieto oblasti sa pri šimpanzoch nachádzajú v podobných častiach mozgu ako u ľudí.

Okrem toho teraz vedci zistili, že ľudia majú špecifické genetické varianty, vďaka ktorým nám mozog nielen narástol väčší, ale má aj efektívnejšiu organizáciu.

Nie je to len o veľkosti

Dlhé roky sa vedci snažili pochopiť, ktoré mechanizmy viedli k ľudskému zväčšovaniu mozgu a prečo sa podobný vývoj neodohral aj pri iných druhoch primátov. Rozdiel treba vnímať nielen na úrovni veľkosti, ale aj zložitosti jeho štruktúry, počtu neurónov a schopnosti spracovávať informácie.

Jednou z hlavných otázok, ktorú si vedci kládli, bolo, ktoré gény sú zodpovedné za rýchle zväčšenie mozgu počas evolúcie hominidov. Nedávne štúdie ukázali, že špecifické ľudské gény zohrávajú rozhodujúcu úlohu v delení a špecializácii buniek, ktoré tvoria mozgovú kôru.

Výsledky autorov z Inštitútu Maxa Plancka ukazujú dva objavené gény (NBPF14 a NOTCH2NLB), ktoré pôsobia v zohranej súhre.

Mozgový organoid šimpanza v kultúre počas 14 dní. Zdroj: Lidiia Tynianskaia

Jeden zabezpečuje, že sa progenitorové bunky mozgu (progenitorová bunka je všeobecné označenie pre akúkoľvek bunku, ktorá má schopnosť delenia a diferenciácie) viac množia. Druhý spôsobuje, že sa tieto bunky transformujú na iný typ progenitorových buniek – bunky, ktoré neskôr tvoria nervové bunky mozgu. V priebehu evolúcie táto súhra viedla k tomu, že ľudský mozog je jedinečný svojou veľkosťou a zložitosťou.

Vedci používali v experimentoch rôzne metódy vrátane experimentov na myšiach a využitia mozgových organoidov šimpanzov (malých laboratórnych modelov mozgu). Tie ukázali, že gény, ktoré vložili do mozgových organoidov šimpanzov, stimulovali zväčšenie a komplexnejší vývoj týchto minimozgov.

Pozrite si

Čo je optogenetika a kde sa uplatňuje?

14. júna 2024 | Eva Miadoková

Pomoc do budúcnosti

Novozískané poznatky poskytujú nielen hlbšie pochopenie evolučného vývoja nášho mozgu, ale môžu tiež pomôcť lepšie pochopiť, ako vznikajú určité vývojové poruchy alebo ochorenia mozgu, ako je napríklad autizmus, schizofrénia či mikrocefália.

Taktiež otvárajú dvere novým terapeutickým možnostiam. Manipulácia s týmito génmi by mohla v budúcnosti pomôcť pri regenerácii poškodeného mozgového tkaniva alebo pri liečbe neurodegeneratívnych ochorení, ako je Alzheimerova choroba.

„Naše štúdie sú jedinečné a ukazujú niečo, čo doteraz nebolo dokázané. Navyše by mohli pomôcť eliminovať experimenty na zvieratách v budúcnosti ďalším vývojom, zdokonaľovaním a potvrdzovaním alternatívnych metód,“ vysvetlil Michael Heide, vedúci výskumník štúdie.

Zdroje: ScienceDaily, The Conversation, WikiSkripta, National Chimpanzee Brain Resource, nzip.cz, VND

(JM)