Когда-то мне казалось, что человеческий мозг — это нечто вроде совершенного компьютера, собранного по единому чертежу. Но чем глубже погружаешься в данные современных исследований, тем яснее становится: природа редко действует по нашим упрощённым схемам. Недавняя публикация в журнале Nature Neuroscience заставила меня по-новому взглянуть на устройство собственной головы. Оказывается, то, что мы называем мозгом, на самом деле может быть результатом слияния двух эволюционно независимых нервных систем, которые долгое время развивались отдельно, а затем оказались объединены в одном черепе.
Долгое время господствовала идея, что весь мозг формируется из единой клеточной линии. Считалось, что на ранних этапах эмбрионального развития есть одна группа предшественников, которая постепенно усложняется и даёт начало всем отделам. Однако новые эксперименты показывают, что эта модель не отражает реальной сложности. Внутри нас с самого начала закладываются две обособленные клеточные популяции, каждая со своей генетической программой и своей судьбой. Одна из них отвечает за базовые функции, без которых невозможно выжить, другая — за то, что делает человека человеком: речь, абстрактное мышление, способность создавать смыслы.
Две независимые линии развития
Исследователи изучали мышиные эмбрионы на стадии гаструляции, когда организм только начинает обретать форму. Именно в этот момент удалось зафиксировать принципиальное расхождение. Вместо единой линии развития были обнаружены две изолированные группы клеток, которые двигаются параллельно, не пересекаясь и не происходя друг из друга. Это не ветви одного дерева, а скорее два разных дерева, посаженных рядом.
Первая группа клеток активирует ген Otx2. Из неё впоследствии формируются передний и средний мозг — структуры, связанные с сознанием, речью, планированием и творчеством. Вторая группа экспрессирует ген Gbx2 и даёт начало заднему мозгу, который часто называют стволом. Именно ствол управляет дыханием, сердечным ритмом, глотанием, мимикой и другими автоматическими процессами, о которых мы не задумываемся. Анализ упаковки ДНК показал, что эти две популяции клеток жёстко зафиксированы в своих ролях. Они не могут поменяться местами или превратиться друг в друга, как поезда, идущие по разным путям без стрелок.
Меня особенно поразило то, насколько глубоко этот раскол закреплён на уровне хроматина. То есть речь не о случайном разделении функций, а о фундаментальной генетической изоляции. Это объясняет, почему так сложно было манипулировать развитием нервных клеток в лабораторных условиях: исследователи, по сути, пытались заставить одну систему выполнять задачи другой.
Что это значит для медицины
Практическая ценность открытия огромна. Десятилетиями учёные сталкивались с одной и той же проблемой: вырастить нейроны заднего мозга в чашке Петри не удавалось. Теперь понятно почему. Попытки перепрограммировать клетки переднего мозга были обречены изначально, ведь эти две линии не взаимозаменяемы. Как только исследователи учли двойственную природу мозга, им впервые удалось получить функциональные двигательные нейроны заднего мозга из человеческих плюрипотентных стволовых клеток.
Это достижение открывает путь к изучению тяжёлых заболеваний, которые раньше почти не поддавались лабораторному моделированию. Речь о боковом амиотрофическом склерозе и спинальной мышечной атрофии. При этих патологиях постепенно гибнут нейроны заднего мозга, из-за чего пациенты теряют возможность глотать, говорить и дышать. СМА остаётся одной из главных генетических причин младенческой смертности, а БАС поражает взрослых людей, часто в самом расцвете сил. Возможность воспроизводить эти процессы в лабораторных условиях — это шанс на создание лекарств и методов клеточной терапии, о которых раньше можно было только мечтать.
Для меня это открытие звучит как напоминание: многие тупики в науке возникают не из-за отсутствия усилий, а из-за неверных исходных допущений. Стоило поменять базовую модель — и результат появился.
Эволюционный след длиной в полмиллиарда лет
Исследователи не остановились на эмбриологии и решили проследить эволюционные корни этой двойственности. Оказалось, что подобное разделение нервных систем характерно не только для человека. Та же картина наблюдается у кур, рыб данио-рерио и даже у полухордовых червей, живущих на морском дне. Но самое интересное — у медуз, чья эволюционная линия отделилась от нашей более полумиллиарда лет назад, две нервные системы до сих пор разнесены по разным частям тела. Они так и не слились в единый орган.
Это наводит на мысль, что эволюция не создавала мозг с нуля как нечто цельное. Она, скорее, взяла две уже существовавшие независимые системы и пространственно сблизила их, поместив в одну черепную коробку. Так возникла иллюзия единого органа, хотя на самом деле внутри нас продолжается сосуществование двух древних линий. Одна — более древняя, отвечающая за выживание, другая — эволюционно более молодая, связанная с когнитивными возможностями.
Любопытно и то, что это открытие имеет отношение к борьбе с лишним весом. В заднем мозге находятся нейронные цепи, регулирующие чувство насыщения. Именно на них воздействуют современные препараты для похудения, включая семаглутид. Получается, что, принимая такие лекарства, мы влияем на одну из древнейших частей нашей нервной системы, которая досталась нам от далёких предков.
Теперь, когда я читаю новости о нейробиологии, то иначе воспринимаю привычные формулировки. Мозг перестаёт быть для меня монолитом. Это скорее тандем двух систем, каждая со своей историей, своими генами и своим вкладом в то, кем мы являемся. И чем больше мы узнаём об этом внутреннем союзе, тем яснее становится, насколько условны наши прежние представления о себе.