Creierul are două origini, nu una: 600 de milioane de ani de separare

Timp de generații, biologii au presupus că toate celulele creierului provin dintr-un singur strămoș celular — o celulă progenitoare care s-a divizat și s-a diferențiat, formând fiecare regiune. Se pare că această presupunere este greșită.

Cercetătorii de la Stanford Medicine au demonstrat că partea din față și cea din spate a creierului se dezvoltă din linii celulare complet separate, fiecare cu destinul ei deja stabilit înainte ca cele două să comunice vreodată. O populație era programată să formeze creierul anterior și mezencefalul; cealaltă era destinată creierului posterior. Între ele se află o limită moleculară pe care nimic nu o traversează în cursul dezvoltării. Nu sunt două ramuri ale aceluiași arbore, ci doi arbori diferiți, pe care evoluția i-a plantat unul lângă altul, în același craniu.

Consecințele descoperirii se resimt atât în biologia fundamentală, cât și în practica medicală. SLA și atrofia musculară spinală distrug în mod specific neuronii din creierul posterior, o regiune pe care oamenii de știință au reușit cu greu să o studieze în laborator, pentru că nu știau cum să crească acești neuroni în afara organismului. Acum, această barieră a fost depășită.

Lecturi recomandateTrei sisteme cerebrale se prăbușesc simultan între 50 și 75 de ani, arată o hartă a hipocampului

Doi călători care nu se întâlnesc niciodată

Creierul adult are trei regiuni principale: creierul anterior, responsabil de gândire, limbaj și conștiință; mezencefalul, care transmite semnale; și creierul posterior (trunchiul cerebral), care coordonează toate funcțiile esențiale vieții fără să ceară voie — bătăile inimii, respirația și mușchii care îți permit să înghiți. O ierarhie simplă, în care o singură celulă progenitoare formează toate aceste regiuni. Cel puțin, așa susținea modelul consacrat.

Când echipa de la Stanford a examinat embrioni de șoarece în timpul gastrulației, cea mai timpurie etapă în care organismul începe să se organizeze, a descoperit ceva care a dat peste cap acest model. Existau deja două populații diferite de celule progenitoare, fiecare exprimând o genă distinctă. O populație, identificată prin gena Otx2, era destinată exclusiv creierului anterior și mezencefalului. Cealaltă, identificată prin Gbx2, era programată să formeze creierul posterior. Cele două tipuri de celule nu se suprapuneau niciodată, nu își schimbau rolurile și nu produceau tipurile de celule ale celeilalte populații.

Dovezile nu s-au limitat la urmărirea traseului celulelor: cercetătorii au examinat și modul în care era răsucit fizic ADN-ul din fiecare tip celular. Cromatina — structura care împachetează ADN-ul și determină ce gene poate activa o celulă — era fundamental diferită în fiecare tip de celulă progenitoare încă de la începutul existenței lor. Fiecare celulă purta nu doar instrucțiunea de a se îndrepta într-o direcție diferită, ci și o incapacitate structurală de a ajunge în altă parte.

„Încercările anterioare de a obține neuroni ai creierului posterior au pornit, probabil, de la progenitori ai creierului anterior și ai mezencefalului, încercând să-i transforme în celule ale creierului posterior. Studiul nostru arată că acest lucru nu este posibil”, a spus Rayyan Jokhai, doctorand și co-prim autor al cercetării. Frustrarea acumulată în zeci de ani de experimente de laborator avea o explicație simplă, ascunsă chiar la începutul dezvoltării: cercetătorii încercau să obțină neuroni ai creierului posterior pornind de la tipul greșit de celule.

Dovezi vechi de 600 de milioane de ani

Descoperirea nu era o particularitate a embrionilor de șoarece. Echipa de la Stanford a cercetat 550 de milioane de ani de istorie evolutivă și a găsit același tipar cu două origini oriunde s-a uitat: la găini, la pești-zebră și la viermi ghindă — mici viețuitoare de pe fundul oceanului, înrudite la mare distanță cu vertebratele. Meduzele, care s-au desprins de linia noastră evolutivă în urmă cu aproximativ 600–700 de milioane de ani, au deja două sisteme nervoase distincte, situate la capetele opuse ale corpului.

Concluzia a devenit greu de evitat: evoluția nu a creat creierul posterior și creierul anterior ca două ramuri ale unui singur creier originar. A adus împreună două sisteme nervoase care evoluaseră independent, reunindu-le treptat în același organism.

„Cercetarea noastră sugerează că evoluția a luat două sisteme nervoase deja existente și le-a apropiat în spațiu”, a spus Kyle Loh, autorul principal al studiului și profesor asociat de biologie a dezvoltării la Stanford Medicine. „Probabil că ar fi mai eficient ca creierul să fie un singur organ, dar noi ne bazăm pe această modalitate primordială de a-l forma din două părți separate.”

„M-au surprins rezultatele noastre”, a adăugat Jokhai, „pentru că termenul «creier» sugerează un organ continuu, care probabil are o singură origine. Dar și acum 500 de milioane de ani existau aceste sisteme nervoase separate, care astăzi funcționează aproape ca unul singur.”

Ce posibilități deschide descoperirea

Pentru persoanele care trăiesc cu SLA sau atrofie musculară spinală, schimbarea are efecte practice imediate. În ambele afecțiuni, neuronii din creierul posterior care controlează înghițirea și respirația își pierd treptat funcția. Pacienții își pierd capacitatea de a înghiți în siguranță, ceea ce mărește riscul de pneumonie provocată de alimente sau lichide inhalate, iar în cele din urmă nu mai pot respira fără ajutor. Atrofia musculară spinală este principala cauză genetică de deces la copiii sub un an. SLA este diagnosticată cel mai frecvent între 40 și 70 de ani.

Oamenii de știință știau că ambele afecțiuni atacă creierul posterior. Pentru a le studia în laborator, era nevoie să crească neuroni din această regiune, lucru care s-a dovedit aproape imposibil — cercetătorii încercau să-i obțină pornind de la tipul greșit de celule. Folosind tipul potrivit de celule progenitoare, echipa de la Stanford a reușit acum, pentru prima dată, să determine celule stem pluripotente umane să se transforme în neuroni motori funcționali ai creierului posterior. Celulele crescute în laborator au generat potențiale de acțiune și au exprimat proteine specifice segmentelor creierului posterior care controlează fața, limba și gâtul.

Există și o legătură mai puțin evidentă: creierul posterior conține circuitele care reglează foamea, exact zona în care își fac efectul medicamente precum semaglutida, compusul activ din Ozempic și Wegovy. Capacitatea de a crește și studia acești neuroni în laborator ar putea, în cele din urmă, să clarifice cum reduc aceste medicamente apetitul la nivel celular.

Ce întrebări rămân deschise

Separarea din timpul dezvoltării este confirmată. Mecanismul evolutiv nu este însă lămurit: nu se știe exact cum și când au ajuns în contact două sisteme nervoase evoluate independent și cum s-au unit pentru a forma organul pe care îl numim creier. Povestea se întinde pe sute de milioane de ani și este încă reconstituită de cercetători.

Studiul actual a analizat trei regiuni ale creierului: creierul anterior, mezencefalul și creierul posterior. Următoarea țintă de cercetare a echipei este originea măduvei spinării în cursul dezvoltării.

Există și câteva limite de care trebuie ținut cont. Cercetarea principală a fost realizată pe embrioni de șoarece; echipa a folosit celule stem pluripotente umane pentru a verifica rezultatul privind creierul posterior, însă gastrulația umană nu a fost observată direct. Studiul nu a stabilit cu precizie momentul în care populațiile Otx2 și Gbx2 se diferențiază pentru prima dată. Posibilitatea de a crește neuroni ai creierului posterior într-un vas de laborator este o platformă de cercetare, nu un tratament — mai sunt necesari ani de muncă până la o eventuală utilizare clinică.

„Acum avem un model care ne ajută să înțelegem mai bine aceste boli și să lucrăm la terapii regenerative pentru ele”, a spus Jokhai.

Întrebări frecvente despre cele două origini ale creierului

Asta înseamnă că ai două creiere separate?

Nu în sensul în care două minți independente ar împărți același craniu. Dar, din perspectiva dezvoltării, creierul posterior (trunchiul cerebral) și creierul anterior/mezencefalul provin din linii complet diferite de celule progenitoare, separate încă din primele momente ale dezvoltării embrionare. La vârsta adultă funcționează ca un singur organ, dar s-au format din două sisteme străvechi pe care evoluția le-a unit treptat.

Ce face, de fapt, creierul posterior?

Creierul posterior, sau trunchiul cerebral, controlează funcțiile automate care te țin în viață: respirația, bătăile inimii, reglarea somnului, semnalele de foame și mușchii feței, limbii și gâtului care îți permit să înghiți și să vorbești. Creierul anterior coordonează funcțiile superioare: limbajul, raționamentul, memoria și conștiința.

De ce a durat atât de mult până la această descoperire?

Modelul unei singure celule progenitoare nu fusese testat direct în timpul gastrulației, cea mai timpurie etapă a dezvoltării. În experimentele anterioare, cercetătorii au încercat să obțină neuroni ai trunchiului cerebral fără să facă mai întâi distincția între tipurile de celule progenitoare, iar rezultatele nu au fost fiabile. Studiul de la Stanford a lămurit problema examinând momentul în care nicio parte a creierului nu căpătase încă o formă recognoscibilă.

Ce înseamnă această descoperire pentru cercetarea SLA și a atrofiei musculare spinale?

Ambele boli distrug neuronii din creierul posterior care controlează respirația și înghițirea. Până acum, oamenii de știință nu reușiseră să crească în mod fiabil aceste celule într-un vas de laborator. Fără un model celular, cercetarea la nivel molecular a ambelor boli era aproape imposibilă. Echipa de la Stanford a reușit acum, pentru prima dată, să crească neuroni funcționali ai creierului posterior uman, deschizând calea către modele de boală și testarea medicamentelor pentru SLA și atrofia musculară spinală.

Studiul a apărut în Nature Neuroscience pe 18 septembrie. Următoarea țintă a echipei este cercetarea originii măduvei spinării în cursul dezvoltării.

Întrebarea practică este acum deschisă în ambele direcții: dacă mecanismele bolilor creierului posterior pot fi, în sfârșit, studiate într-un vas de laborator, ce alte aspecte ale arhitecturii creierului, alcătuit din două organe, au rămas invizibile pentru că cercetătorii au pornit de la punctul greșit?

Referință: Dundes and Jokhai et al., „Separable developmental origins of the forebrain/midbrain and hindbrain”, Nature Neuroscience, 2026.

Etichete: știri, neuroscience, ALS, evolutionary biology, brain development, kyle loh

Conținut similar

Celulele de suport ale creierului erau considerate de neînlocuit — creierul adult le înlocuieşte

Creierul era izolat de imunitate — dar măduva osoasă a craniului avea alte planuri

Creierul adormit reconstruiește amintirile negative cu mai multă precizie decât pe cele pozitive

ADN-ul uman ascunde doi strămoși fantomă, unul dintr-o specie de acum 1,8 milioane de ani

Un al treilea strămoș se ascundea în ADN-ul japonez și destramă povestea celor două origini

Oamenii de știință au cartografiat 160.000 de neuroni ai unei muște — picioarele ei merg singure