Биологи выяснили, что мозги рептилий и животных обладают «братским» родством

На основе информации об РНК одиночных клеток ученые составили подробный атлас из 233 типов нейронов в мозге бородатой агамы. Полученные результаты авторы сравнили с данными о мозге мыши и пришли к выводу, что мозг рептилий и млекопитающих содержит смесь древних (общих для тех и других) и специфичных нейронов. Таким образом, эволюция мозга позвоночных не выглядела как появление новых частей без изменения предыдущих.

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.