Два новаторських дослідження, опублікованих у журналі Science, спростовують усталені уявлення про еволюцію мозку хребетних, демонструючи, що птахи та ссавці розвинули складні когнітивні здібності унікальними, незалежними шляхами.

Дослідження, проведені під керівництвом Фернандо Гарсія-Морено з Баскського центру неврології Ачукарро та UPV/EHU, розкривають, що палліум — ключова область мозку, відповідальна за вищі когнітивні функції — сформувався за допомогою різних молекулярних механізмів у різних груп хребетних. Ці відкриття докорінно змінюють наше розуміння еволюції мозку та нейронних ланцюгів.

Результати доводять, що природа винайшла різні шляхи формування складних мозкових структур, використовуючи різні набори генів та механізми розвитку. Це свідчить про потужність конвергентної еволюції у формуванні подібних функціональних систем різними генетичними шляхами.

Переосмислення розвитку палліуму

Палліум — це область мозку, яка у ссавців розвивається в неокортекс, що відповідає за когнітивні функції та складну поведінку. Традиційно вважалося, що палліум птахів, рептилій та ссавців містить подібні типи нейронів і еквівалентні нейронні схеми, які виникли від спільного предка.

Нові дослідження спростовують цю теорію, показуючи, що хоча палліум виконує аналогічні функції в цих групах тварин, його розвиток та молекулярна ідентичність значно розійшлися в ході еволюції.

Перше дослідження, проведене Енеріц Руеда-Аланья та Фернандо Гарсія-Морено разом із міждисциплінарною командою вчених, виявило суттєві відмінності у формуванні нейронних ланцюгів птахів та ссавців.

“Їхні нейрони народжуються в різних місцях і в різний час розвитку у кожного виду,” — пояснює доктор Гарсія-Морено, підкреслюючи, що ці клітини не походять від спільного предка, як раніше вважалося.

Молекулярні та генетичні відмінності

Використовуючи передові методи просторової транскриптоміки та математичного моделювання, дослідники виявили, що нейрони, відповідальні за сенсорну обробку інформації, формуються за допомогою різних наборів генів у птахів і ссавців.

Друге дослідження, проведене в Гейдельберзькому університеті під керівництвом Бастьєна Заремби, Генріка Кессманна та Фернандо Гарсія-Морено, представляє детальний атлас типів клітин пташиного мозку та порівнює його з клітинами ссавців і рептилій.

Результати показують дивовижну картину: птахи зберегли більшість гальмівних нейронів, характерних для всіх хребетних, протягом сотень мільйонів років еволюції. Однак їхні збудливі нейрони, відповідальні за передачу інформації в палліумі, розвинулися унікальним шляхом.

Збереження давніх нейронних структур

Цікаво, що дослідники ідентифікували кілька типів нейронів у пташиному мозку з генетичними профілями, подібними до тих, що є у ссавців. Ці схожі нейрони знаходяться в таких структурах, як клауструм та гіпокамп, що свідчить про їхнє давнє походження та збереження в різних видах.

“Однак більшість збудливих нейронів еволюціонували по-новому і по-різному у кожного виду,” — підкреслює доктор Гарсія-Морено, вказуючи на значну розбіжність еволюційних шляхів.

Значення для нейронауки та еволюційної біології

Ці відкриття мають важливі наслідки для нашого розуміння еволюції мозку та когнітивних здібностей. Вони демонструють еволюційну гнучкість розвитку мозку, показуючи, що складні функції можуть виникати через різні генетичні та клітинні шляхи.

Розуміння різних генетичних програм, які призводять до виникнення певних типів нейронів, може відкрити нові шляхи для досліджень нейророзвитку і, можливо, допомогти в розробці нових підходів до лікування неврологічних розладів.

Доктор Гарсія-Морено наголошує на важливості фундаментальних досліджень у цій галузі: