Ein zentraler Bartagame, Pogona vitticeps. (Will Brown/Flickr, CC BY 2.0) Eine neue Studie hat gezeigt, dass das Konzept des „Eidechsengehirns“ von Säugetieren durchaus widerlegt werden kann.
Basierend auf einer Studie, die Gehirne von Bartagamen untersuchte ( Pogona vitticeps ), große Eidechsen aus der australischen Wüste, haben Wissenschaftler gezeigt, dass sich die Gehirne von Säugetieren und Reptilien getrennt von einem gemeinsamen Vorfahren entwickelt haben. Es ist ein weiterer Nagel im Sarg der Vorstellung des sogenannten dreieiniges Gehirn .
Die Idee des Eidechsengehirns entstand erstmals in den 1960er und 1970er Jahren und erlangte aufgrund vergleichender anatomischer Studien große Popularität. Teile des Gehirns von Säugetieren waren, wie der Neurowissenschaftler Paul MacLean feststellte, Teilen des Gehirns von Reptilien sehr ähnlich. Dies führte ihn zu dem Schluss, dass sich das Gehirn stufenweise entwickelt hatte, nachdem das Leben an Land verlagert worden war.
Zuerst kam nach MacLeans Modell das Reptiliengehirn , definiert als Basalganglien. Dann kam das limbische System – der Hippocampus, die Amygdala und der Hypothalamus. Schließlich entstand der Neocortex bei Primaten.
Im Modell des dreieinigen Gehirns ist jeder dieser Abschnitte für unterschiedliche Funktionen verantwortlich; Die basaleren Teile des Gehirns waren beispielsweise vermutlich mehr mit primären Reaktionen beschäftigt – wie grundlegenden Überlebensinstinkten.
Neurowissenschaftler waren es jedoch entschlüsseln das Vorbild seit Jahrzehnten. Das Gehirn funktioniert einfach nicht so, in einzelnen Abschnitten, die jeweils eine eigene Rolle spielen. Gehirnregionen, so unterschiedlich sie auch sein mögen, sind eng miteinander verbunden, ein Netz summender neuronaler Netzwerke. Und mit dem Aufkommen neuer Techniken können wir beginnen, besser zu verstehen, wie sich das Gehirn entwickelt hat.
In einer neuen Studie wandte sich ein Forscherteam des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung zur Untersuchung an echten Eidechsengehirnen zu und veröffentlichte ihre Ergebnisse in einem Papier unter der Leitung der Neurowissenschaftsstudenten David Hain und Tatiana Gallego-Flores.
Durch den Vergleich der molekularen Merkmale von Neuronen in modernen Eidechsen und Mäusen hofften die Forscher, die in Reptilien- und Säugetiergehirne eingeschriebenen Evolutionsgeschichten aufzudecken.
„Neuronen sind die vielfältigsten Zelltypen im Körper.“ „Ihre evolutionäre Diversifizierung spiegelt Veränderungen in den Entwicklungsprozessen wider, die sie hervorbringen, und kann zu Veränderungen in den neuronalen Schaltkreisen führen, zu denen sie gehören“, sagt der Neurowissenschaftler Gilles Laurent des Max-Planck-Instituts für Hirnforschung.
Vor etwa 320 Millionen Jahren war eine sehr wichtige Zeit für die Entwicklung der Wirbeltiere und ihrer Gehirne. Zu diesem Zeitpunkt tauchten die ersten viergliedrigen Tiere (Tetrapoden) aus dem Wasser an Land auf und begannen, sich in die Elternfamilien zu diversifizieren, aus denen schließlich Vögel und Reptilien einerseits und Säugetiere andererseits hervorgingen.
Es gibt Strukturen im Gehirn, die während der Embryonalentwicklung aller Tetrapoden entstanden sind: eine gemeinsame angestammte Architektur in den subkortikalen Regionen.
Da herkömmliche anatomische Vergleiche von Entwicklungsregionen jedoch möglicherweise nicht ausreichen, um alle Unterschiede und Ähnlichkeiten zwischen Reptilien- und Säugetiergehirnen vollständig zu beschreiben, wählten die Forscher einen anderen Ansatz.
Sie sequenzierten die RNA – ein Botenmolekül, das als Vorlage für die Bildung von Proteinen dient – in einzelnen Zellen aus dem Gehirn von Bartagamen, um die zu bestimmen Transkriptome – das gesamte Spektrum an RNA-Molekülen in der Zelle – vorhanden und erzeugen so einen Zelltypatlas des Gehirns der Eidechse. Dieser Atlas wurde dann mit vorhandenen Datensätzen zu Mäusegehirnen verglichen.
„Wir haben über 280.000 Zellen aus dem Gehirn von Pogona profiliert und 233 verschiedene Arten von Neuronen identifiziert“, Hain sagt .
„Die rechnerische Integration unserer Daten mit Mausdaten ergab, dass diese Neuronen transkriptomisch in gemeinsame Familien gruppiert werden können, die wahrscheinlich die Neuronentypen ihrer Vorfahren darstellen.“
Mit anderen Worten: Es gab einen Kernsatz von Neuronentypen mit ähnlichen Transkriptomen, die sowohl Säugetieren als auch Reptilien gemeinsam sind, obwohl sie sich seit über 320 Millionen Jahren getrennt entwickelt haben.
Aber diese Neuronen sind nicht auf eine bestimmte „Reptilien“-Region des Gehirns beschränkt. Die Analyse ergab, dass die meisten Regionen des Gehirns eine Mischung aus angestammten und neueren Arten von Neuronen enthalten, was die Annahme in Frage stellt, dass einige Gehirnregionen älter sind als andere.
Tatsächlich fanden die Forscher heraus, dass Neuronen im Thalamus aufgrund ihrer Konnektivität mit anderen Regionen des Gehirns in zwei Gruppen eingeteilt werden können. Und diese verbundenen Regionen sind bei Säugetieren und Reptilien ganz anders.
Das Team fand heraus, dass die Transkriptome so divergierten, dass sie mit den Verbindungsregionen übereinstimmten, was darauf hindeutet, dass die transkriptomische Identität eines Neurons – die vollständige genetische Angabe, welche Proteine es möglicherweise benötigt – auf seiner Konnektivität beruht oder diese widerspiegelt.
„Da wir nicht über die Gehirne früherer Wirbeltiere verfügen, wird die Rekonstruktion der Entwicklung des Gehirns in der letzten halben Milliarde Jahre die Verknüpfung sehr komplexer molekularer, entwicklungsbezogener, anatomischer und funktioneller Daten erfordern.“ Sagt Laurent .
„Wir leben in sehr aufregenden Zeiten, denn das wird möglich.“
Die Forschung wurde veröffentlicht in Wissenschaft .