Молекулярный атлас мозга бородатой агамы рассказал об эволюции нейронов позвоночных

Ученые из Института исследований мозга Макса Планка во Франкфурте (Германия) создали молекулярный атлас мозга ящерицы бородатой агамы (Pogona vitticeps) и сравнили его с атласом мозга мыши. Результаты исследования опровергли распространенное мнение о том, что мозг млекопитающих состоит из древнего «рептильного» мозга, дополненного новыми чертами.

На самом деле, как в мозге рептилий, так и млекопитающих из общего предкового набора нейронов развились собственные новые типы нервных клеток. Статья об этом опубликована в журнале Science.

Около 320 миллионов лет назад ранние позвоночные вышли на сушу и появились первые четвероногие, которые сейчас представлены амфибиями, млекопитающими, рептилиями и произошедшими от них птицами. Из-за общего происхождения мозг всех четвероногих имеет схожее строение, сформировавшееся на раннем этапе их эволюции. Однако до сих пор оставалось неясно, как именно различные клады (группы организмов, содержащие общего предка и всех его прямых потомков) приобрели характерные для них черты.

Нейроны — самый разнообразный тип клеток в организме. Их разнообразие отражает изменения, которые происходили в процессе эволюции. Например, некоторые области мозга не работают отдельно друг от друга: это позволяет предположить, что их эволюция также происходила совместно.

Ранее существовала гипотеза, что новые части мозга добавлялись к старыми в процессе эволюции. Эту идею отвергли, однако ученые все еще полагали, что некоторые области мозга, которые произошли от одной предковой структуры у рептилий и млекопитающих, могли практически не измениться в одной кладе и стать более «современными» в другой. С другой стороны, мозг обеих клад может содержать смесь древних и более новых типов нейронов.

Чтобы определить, какая концепция верна, ученые исследовали транскриптомы нейронов, для чего секвенировали РНК одиночных клеток. Эти молекулы транскрибируются на матрице ДНК и содержат инструкции для создания белков, поэтому набор РНК, который содержится в каждой клетке, позволяет отнести ее к тому или иному типу. На основе этих данных ученые создали подробный атлас различных типов клеток мозга бородатой агамы.

Всего исследователи проанализировали 280 тысяч клеток мозга агамы и выявили 233 различных типа нейронов. Дальнейшая обработка данных показала, что на основе транскриптомов эти клетки могут быть сгруппированы в общие семейства. При этом большинство областей мозга содержало смесь древних (общих для мышей и агам) и специфичных типов нейронов.

Особенное внимание ученых привлек таламус — часть промежуточного мозга, выполняющая ряд важный функций, таких как передача сенсорной и двигательной информации и регуляции циркадных ритмов. Таламус входит в состав так называемого рептильного мозга, однако ученые показали, что все его нейроны могут быть разделены на два транскриптомных и анатомических домена. При этом одна область была похожа у рептилий и млекопитающих, а другая сильно изменилась в процессе эволюции.