Биологи под руководством Дэвида Хейна (David Hain) поставили под сомнение убеждения в том, что некоторые области мозга более древние, чем другие (концепция «триединого мозга»). Их данные свидетельствуют, что даже если мозг состоит из модулей развития, определяемых древними и общими молекулярными детерминантами, эволюция мозга воздействует на каждый модуль, коррелируя как с локальной, так и с дальней связью. Изучив мозг австралийской бородатой агамы Pogona vitticeps и сравнив его с мозгом мыши, ученые составили «эволюционный» атлас клеток мозга. Данные исследования опубликованы в журнале Science.
Credit: Public Domain
Общий предок млекопитающих и рептилий жил около 320 миллионов лет назад. Это был первый четвероногий – тетрапод. Именно тетраподы начали разделяться на различные семейства и подвиды, будь то будущие птицы и рептилии (зауропсиды), либо будущие млекопитающие (зауропсиды). Уже тогда он полностью адаптировался к жизни на суше и обладал сложным мозгом, имеющим одну и ту же анцестральную архитектуру, определяемую областями мозга, сформировавшимися во время эмбрионального развития (паллий, подпаллий, таламус, мозжечок и так далее), а также их дальнодействующими связями.
Тем не менее, не было ясно, каким образом вариации в этой общей организации способствовали адаптации, зависящей от происхождения и вида. Например, общепринятое предположение состоит в том, что подкорковые области являются древними и “глубоко законсервированными”, в то время как кора млекопитающих является “новой”, что влечет за собой глубокие изменения в развитии коры в этой линии.
Для того, чтобы выявить сходства и различия в мозге двух этих классов, произошедших от одного предка, нейробиологи создали атлас клеточных типов мозга рептилии, австралийской бородатой агамы Pogona vitticeps, и сравнили его с существующими данными о мозге мыши.
Чтобы составить атлас типов клеток мозга взрослой агамы, исследователи провели секвенирование одноклеточной РНК (scRNA-seq; 10X Chromium) в 285 483 клетках мозга. Биологи в данных сосредоточились на 89 015 нейронах, выявив 233 отдельных типа нейронов, отнеся каждый кластер к одной из 11 областей мозга с использованием нескольких критериев. Наиболее пристально ученые исследовали таламус и мозжечок.
Действительно, авторы обнаружили много похожего в нейронах млекопитающих и рептилий. При анализе с использованием SAMap (метода, специально разработанного для межвидовой интеграции данных scRNA-seq) было выявлено, что в большинстве областей мозга есть как древние, так и новые типы нейронов.
Несмотря на то, что ящерица и мышь разделились более 300 миллионов лет назад, некоторые типы нейронов в их мозге можно притянуть к консервативному представлению о «рептильном» мозге, что отражает существование общих программ развития в установлении областей мозга позвоночных. Однако дальнейший разбор генетического разнообразия показывает совсем другое.
«Мы идентифицировали основной набор типов нейронов с высокой транскриптомной схожестью между мозгом ящерицы и млекопитающего, несмотря на 320 миллионов лет раздельной эволюции. Эти типы нейронов не ограничиваются подкорковыми областями, но встречаются повсюду в мозге, в том числе в коре больших полушарий, что ставит под сомнение представление о том, что некоторые области мозга более древние, чем другие», — пишут авторы в статье.
Текст: Александра Безродная
Molecular diversity and evolution of neuron types in the amniote brain David Hain et al. in Science. Published September 2022.
DOI: 10.1126/science.abp8202
