Средний мозг исключили из эволюции позвоночных

Международная группа ученых разработала новую модель эволюции мозга, согласно которой мозг позвоночных образовался из двух, а не трех структур.

© Wikimedia Commons

Сравнение плана строения (Bauplan) нервной системы живых организмов важно для понимания эволюции мозга. Согласно преобладающей, сегментно-топологической, модели (prosomeric model), уже на этапе нервной пластинки центральная нервная система (ЦНС) позвоночных развивается в передне-заднем направлении, и ее Bauplan содержит передний, средний, задний и спинной мозг. После сворачивания пластинки в трубку (нейруляции) эти зоны подразделяются на нейромеры — участки, обособленные стяжками, — каждый из которых состоит из четырех сплошных регионов: верхней, крыловидной, базальной и нижней пластинки. Эта и последующая дифференциация нервной системы регулируется специальными веществами — морфогенами, которые кодируются гомеозисными генами. Число нейромеров и их генетическая основа аналогичны у всех групп хордовых, что указывает на эволюционную консервативность Bauplan.

Bauplan ЦНС позвоночных согласно сегментно-топологической модели на этапах нервной пластинки (A, C) и нервной трубки (B, D). На рисунке A представлены сегменты, соответствующие переднему (SP, D), среднему (MB), ромбовидному — включает задний и продолговатый (Rh) — и спиннму мозгу
©Beatriz Albuixech-Crespo et al., PLoS Biology, 2017

Несмотря на то, что сегментно-топологическая модель позволяет проводить анатомические параллели между позвоночными, проследить эволюцию нервной системы до беспозвоночных с ее помощью затруднительно. Из-за специфических модальностей последних сопоставление обычно проводится только по экспрессии генов, что сильно ограничивает интерпретацию данных. Поэтому для такого сравнительного анализа часто используются ланцетники (Branchiostoma) — примитивные морские животные подтипа бесчерепные (Acrania). До XIX века ланцетники рассматривались в качестве связующего звена между позвоночными и беспозвоночными, поскольку, в отличие от последних, обладают нервной трубкой, но, в отличие от первых, не имеют обособленных головного и спинного мозга. Сейчас Branchiostoma отнесены к низшим хордовым, занимая промежуточное положение между оболочниками (Urochordata) и позвоночными.

До сих пор гомеозисные гены на примере ланцетников изучались изолированно и для нескольких стадий эмбрионального развития. В новой работе сотрудники Барселонского университета и других учреждений рассмотрели роль 48 хорошо известных гомеозисных генов в развитии нервной трубки флоридского ланцетника (Branchiostoma floridae) только на стадии средней нейрулы. Прямое топологическое сравнение механизмов нейруляции позволило авторам выделить в «переднем мозге» ланцетников участок, высоко гомологичный основным областям, связанным с эволюцией мозга, — таламусу, претектуму и среднему мозгу. Зона получила название диэнцефало-мезенцефалического зачатка (Diencephalo-Mesencephalic primordium, DiMes) и оказалась доменом экспрессии факторов транскрипции Pax4/6, связанных с развитием нервных тканей. По мнению ученых, она могла послужить отправной точкой для возникновения сложного переднего мозга.

Топологическое сравнение механизмов нейруляции нервной трубки Топологическое сравнение механизмов нейруляции нервной трубки бесчерепных (B, B’) и позвоночных (B»): области DiMes соответствует дифференцированный передний мозг
©Beatriz Albuixech-Crespo et al., PLoS Biology, 2017

Предполагается, что эволюция мозга произошла благодаря трем вторичным организаторам — ANR, ZLI, IsO — специфическим участкам нервной системы, которые регулируют качественные особенности нейроэпителия и регионализацию среднего, переднего и заднего мозга. С развитием претектума, таламуса и среднего мозга, в частности, ассоциируются IsO и ZLI, которые, согласно построенной авторами карте генетических маркеров, отсутствуют у ланцетников. Таким образом, вопреки сегментно-топологической модели, Bauplan B. floridae предполагает только передне-заднюю ось, но не средний мозг (он был объединен с передним), и общий предок позвоночных, вероятно, также его не имел. Вместе с тем новая модель позволяет проводить прямые топологические сравнения нервной трубки низших хордовых с мозгом высших животных, поскольку подтверждает наличие у ланцетников ряда идентичных структур (прехордальной пластинки, перегородок).

Подробности работы опубликованы в журнале PLoS Biology
Источник: naked-science.ru

Метки , , . Закладка постоянная ссылка.

Добавить комментарий

Ваш e-mail не будет опубликован. Обязательные поля помечены *