Человеческий мозг принято считать единым органом, который в ходе развития формируется из общего клеточного источника. Однако новое исследование ученых Стэнфордской школы медицины показывает, что эта картина слишком упрощена. По данным исследователей, передняя и задняя части мозга имеют принципиально разное происхождение: они формируются из двух типов клеток-предшественников, возникших независимо друг от друга.
Речь не идет буквально о том, что у человека есть два отдельных мозга. Скорее, современный мозг можно рассматривать как результат эволюционного объединения двух древних нервных систем, которые со временем научились работать как единое целое. Это открытие уже позволило ученым впервые выращивать в лаборатории нейроны задней части мозга человека — направление, особенно важное для изучения тяжелых неврологических заболеваний.
Два отдела — два происхождения
У взрослого человека принято выделять три основные части мозга: передний, средний и задний мозг. Передний мозг связан с наиболее сложными функциями — мышлением, речью, сознанием и абстрактными рассуждениями. Задний мозг, напротив, отвечает за множество автоматических процессов, без которых организм не может нормально существовать: дыхание, сердцебиение, глотание, сон и регулирование ряда других жизненно важных функций.
До сих пор считалось, что все эти структуры развиваются из общего набора клеток-предшественников. Новая работа показывает, что на ранних этапах эмбрионального развития передняя и задняя части мозга получают начало от двух разных типов клеток.
Как объясняет Кайл Ло (Kyle Loh), доцент кафедры биологии развития Стэнфордской школы медицины и старший автор исследования, передняя часть мозга возникает из совершенно другого типа клеток-предшественников, чем задняя. Результаты работы опубликованы 18 сентября 2026 года в журнале Nature Neuroscience.
Получается своеобразный эволюционный конструктор: две древние нервные системы оказались соединены в одном организме и постепенно сформировали чрезвычайно сложный единый мозг.
Что такое клетки-предшественники
Чтобы понять значение открытия, важно разобраться, что именно исследовали ученые.
В процессе развития организма стволовые клетки и близкие к ним клетки-предшественники постепенно приобретают специализацию. Они начинают превращаться в определенные типы клеток — например, нейроны конкретных областей мозга.
Исследователи обнаружили, что два ключевых набора клеток отличаются не только набором активных генов, но и тем, как организована ДНК внутри клеточного ядра.
Первый тип клеток экспрессирует ген Otx2. Из него впоследствии развиваются клетки переднего и среднего мозга. Второй тип экспрессирует Gbx2 и дает начало нейронам заднего мозга.
При этом различается и структура хроматина — комплекса ДНК и белков, из которого состоит хромосомный материал. То, насколько плотно упакована ДНК и какие ее участки доступны клеточным механизмам, непосредственно влияет на активность генов. Поэтому различия в организации хроматина помогают клеткам выбрать совершенно разные пути развития.
Именно здесь исследователи увидели ключ к давней проблеме: почему некоторые типы нейронов так трудно получать в лаборатории.
Почему нейроны заднего мозга было так сложно выращивать
Ученые уже давно умеют превращать плюрипотентные стволовые клетки в различные типы нейронов. Но с нейронами заднего мозга возникали серьезные трудности.
Плюрипотентные клетки обладают способностью превращаться во множество типов клеток организма. Однако исследователи часто пытались направить их по пути развития, характерному для переднего или среднего мозга, а затем получить из них клетки заднего мозга.
Новая работа показывает, почему такой подход мог быть принципиально ограничен. Если исходная клеточная система изначально устроена так, чтобы формировать передний и средний мозг, ей просто не хватает биологического «переключателя», необходимого для формирования заднемозговых нейронов.
Иными словами, проблема могла заключаться не в недостаточно точной настройке лабораторного протокола, а в самом исходном материале.
Ученые впервые получили заднемозговые нейроны человека
Открытие позволило исследователям изменить стратегию.
Используя клетки-предшественники, соответствующие естественному происхождению заднего мозга, ученые смогли вырастить человеческие нейроны этой области в лабораторных условиях. По словам Ло, теперь исследователи могут получать нейроны заднего мозга в чашке Петри и непосредственно изучать их свойства и функции.
Это важный шаг для биомедицины. Раньше ученым приходилось работать с моделями, которые не полностью воспроизводили особенности человеческих нейронов заднего мозга. Теперь появляется возможность исследовать эти клетки непосредственно в лабораторных культурах.
А значит, можно гораздо подробнее изучать, что происходит с ними при различных заболеваниях.
Как эволюция могла создать единый мозг из двух систем
Особенно интересной выглядит эволюционная сторона открытия.
Исследователи обнаружили признаки подобного двухчастного происхождения не только у человека. Схожая организация клеточных систем прослеживается у современных кур, рыбок данио и желудевых червей. Еще более примечателен пример кишечнополостных: у некоторых медуз, отделившихся от эволюционной линии, ведущей к человеку, примерно 600–700 млн лет назад, сохраняются две отдельные нервные системы на противоположных концах тела.
Это позволяет предположить, что разделение нервной системы на два древних компонента имеет очень глубокие эволюционные корни.
Со временем эти системы могли специализироваться, усложняться и объединяться, пока не превратились в современную структуру мозга. Поэтому человеческий мозг можно рассматривать не только как единый орган, но и как результат очень древнего эволюционного объединения двух нервных систем.
Почему это важно для лечения заболеваний
Практическая ценность открытия связана прежде всего с задним мозгом и стволом мозга. Именно здесь находятся нейроны, контролирующие множество жизненно важных функций.
Нарушение работы этих клеток характерно для таких тяжелых заболеваний, как спинальная мышечная атрофия (СМА) и боковой амиотрофический склероз (БАС). Оба заболевания могут серьезно нарушать работу двигательных нейронов и других клеток нервной системы.
Теперь ученые получили более подходящую модель для изучения этих процессов. Выращенные в лаборатории человеческие нейроны можно использовать для наблюдения за развитием заболевания, проверки гипотез о механизмах повреждения клеток и, в перспективе, испытания потенциальных методов лечения.
До создания новых лекарств еще далеко, однако хороший лабораторный аналог больной ткани — один из важнейших инструментов современной нейробиологии.
Что на самом деле обнаружили ученые
Громкие формулировки вроде «у человека два мозга» могут создать неправильное впечатление. Исследование не показывает, что анатомически в черепе находятся два самостоятельных органа. Речь идет о двух разных системах клеточного происхождения, которые формируют различные части единого мозга.
Главный результат работы заключается именно в понимании развития мозга: его передняя и задняя части имеют более независимую историю, чем считалось ранее.
И это меняет не только представления об эволюции нервной системы. Оказывается, чтобы научиться выращивать определенный тип человеческих нейронов, иногда недостаточно просто заставить стволовую клетку «переключить» нужные гены. Необходимо учитывать ее происхождение и тот фундаментальный набор клеточных программ, который сформировался еще на ранних этапах эволюции.
Возможно, именно такой взгляд поможет ученым воспроизводить в лаборатории все более сложные фрагменты человеческой нервной системы — и наконец приблизит их к пониманию того, как возникают и развиваются заболевания, которые сегодня остаются практически неизлечимыми.
