Evolucija viših kognitivnih funkcija kod ljudskih bića do sada je uglavnom bila povezana sa širenjem neokorteksa – regiona mozga koji je, između ostalog, odgovoran za svesno mišljenje, kretanje i čulnu percepciju. Istraživači, međutim, sve više shvataju da se „mali mozak” ili mali mozak takođe proširio tokom evolucije i verovatno doprinosi kapacitetima koji su jedinstveni za ljude, objašnjava prof. dr Henrik Kesman iz Centra za molekularnu biologiju Univerziteta Hajdelberg.
Njegov istraživački tim je—zajedno sa prof. dr Stefanom Pfisterom iz Hopp dečjeg centra za rak u Hajdelbergu—generisao sveobuhvatne genetske mape razvoja ćelija u malom mozgu čoveka, miša i oposuma. Poređenja ovih podataka otkrivaju i stanične i molekularne karakteristike predaka i specifične za vrstu razvoja malog mozga koje obuhvataju preko 160 miliona godina evolucije sisara.
Rezultati istraživanja objavljeni su u časopisu Priroda.
„Iako mali mozak, struktura na zadnjem delu lobanje, sadrži oko 80 odsto svih neurona u celom ljudskom mozgu, ovo se dugo smatralo moždanom regijom sa prilično jednostavnom ćelijskom arhitekturom“, objašnjava prof. Kesman.
Međutim, u poslednje vreme, dokazi koji ukazuju na izraženu heterogenost unutar ove strukture rastu, kaže molekularni biolog. Istraživači iz Hajdelberga su sada sistematski klasifikovali sve tipove ćelija u malom mozgu u razvoju čoveka, miša i oposuma. Da bi to uradili, prvo su prikupili molekularne profile iz skoro 400.000 pojedinačnih ćelija koristeći tehnologije sekvenciranja jedne ćelije. Takođe su koristili procedure koje omogućavaju prostorno mapiranje tipova ćelija.
Na osnovu ovih podataka, naučnici su primetili da je u ljudskom malom mozgu udeo Purkinjeovih ćelija — velikih, složenih neurona sa ključnim funkcijama u malom mozgu — skoro dvostruko veći nego kod miša i oposuma u ranim fazama fetalnog razvoja. Ovo povećanje je prvenstveno vođeno specifičnim podtipovima Purkinje ćelija koje se prve generišu tokom razvoja i verovatno komuniciraju sa neokortikalnim oblastima uključenim u kognitivne funkcije u zrelom mozgu.
„Razumno je da ekspanzija ovih specifičnih tipova Purkinjeovih ćelija tokom ljudske evolucije podržava više kognitivne funkcije kod ljudi“, objašnjava dr Mari Sep, postdoktorski istraživač u istraživačkoj grupi prof. Kaessmanna „Funkcionalna evolucija genoma sisara“.
Koristeći bioinformatičke pristupe, istraživači su takođe uporedili programe ekspresije gena u ćelijama malog mozga čoveka, miša i oposuma. Ovi programi su definisani fino podešenim aktivnostima bezbroj gena koji određuju tipove u koje se ćelije razlikuju u toku razvoja. Identifikovani su geni sa profilima aktivnosti specifičnih za ćelijski tip koji su sačuvani među vrstama tokom najmanje oko 160 miliona godina evolucije.
Prema Henriku Kaessmannu, ovo sugeriše da su oni važni za fundamentalne mehanizme koji određuju identitete tipova ćelija u malom mozgu sisara. Istovremeno, naučnici su identifikovali preko 1.000 gena sa profilima aktivnosti koji se razlikuju između ljudi, miša i oposuma.
„Na nivou tipova ćelija, prilično često se dešava da geni dobiju nove profile aktivnosti. To znači da geni predaka, prisutni kod svih sisara, postaju aktivni u novim tipovima ćelija tokom evolucije, potencijalno menjajući svojstva ovih ćelija“, kaže dr. Kevin Leiss, koji je—u vreme studija—bio doktorant u istraživačkoj grupi prof.Kaessmanna.
Među genima koji pokazuju profile aktivnosti koji se razlikuju između čoveka i miša — najčešće korišćenog modela organizma u biomedicinskim istraživanjima — nekoliko je povezanih sa neurorazvojnim poremećajima ili tumorima mozga u detinjstvu, objašnjava prof. Pfister. On je direktor Hopp dečjeg centra za rak u Hajdelbergu, rukovodi istraživačkim odeljenjem u Nemačkom centru za istraživanje raka i konsultant je pedijatar onkolog u Univerzitetskoj bolnici Hajdelberg.
Rezultati studije bi mogli, kao što prof. Pfister sugeriše, da pruže dragocene smernice u potrazi za odgovarajućim modelskim sistemima — mimo modela miša — za dalje istraživanje takvih bolesti.
U studijama su, osim naučnika iz Hajdelberga, učestvovali i istraživači iz Berlina, kao i Kine, Francuske, Mađarske i Ujedinjenog Kraljevstva. Evropski istraživački savet je finansirao istraživanje. Podaci su dostupni u javnoj bazi podataka.
