研究揭示了脊椎动物大脑的进化起源

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  研究揭示了脊椎动物大脑的进化起源

  2017年4月28日

  最近在PLOS Biology上发表的一项研究提供的信息大大改变了脊椎动物大脑形成过程的流行观念,并揭示了它可能如何进化。

  研究结果表明,迄今为止对脊椎动物大脑发育开始时形成的主要区域的解释是不正确的。这项研究由UMU人体解剖学和心理生物学系的研究人员JoséLuisFerran和Luis Puelles共同领导。基因组调控中心(CRG)的Manuel Irimia和巴塞罗那大学遗传学系的JordiGarcíaFernández。

  无脊椎动物的大脑,文昌鱼(一种类似鱼的海洋脊索动物),其在进化树中的位置非常接近脊椎动物的起源,被用于研究。

  利用获得的数据,研究人员制作了第一张详细的地图,该地图分布在这个地区,这个物种的大脑栖息在海底并且生活非常简单。

  “我们开始了解cephalocordate文昌鱼的大脑是什么样的。它是一种非常简单的无脊椎生物,尽管在进化方面与我们非常接近,因此它为我们提供了一些关于我们的祖先可能是什么样的见解。因此,通过比较现代脊椎动物大脑的区域和文昌鱼的区域,我们分析了可能导致它们繁殖的原因以及在我们的进化过程中如何形成这样一个复杂的结构“,该部门的讲师解释说。穆尔西亚大学人类解剖学和心理生物学(UMU)JoséLuisFerrán,其中一位研究人员。

  “在这项研究中,我们使用genoarchitecture作为我们的主要实验框架,以确定文昌鱼神经管的区域化,并将其与脊椎动物的比较。在该框架内,我们生成了文昌鱼中基因表达模式的分子图谱,已知其同源物参与脊椎动物脑的建立和区域化。解释了Beatriz Albuixech-Crespo(DeptGenética,MicrobiologíayEadadísticaUBIBUB),这篇文章的第一作者。

  一种摧毁许多现有想法的新模型

  这项工作表明脊椎动物的大脑必须最初由两个区域(前部和后部)形成,而不是由当前的前体模型提出的三个(前脑,中脑和后脑)。

  在amphioxi中没有检测到引起脊椎动物中脑形成的大脑皮层或专属区域。然而,已经发现了前脑内的一个共同领域,他们称之为DiMes(Di-Mesencephalic primordium),中脑和经典前脑的其他重要结构都可以从中得到。 DiMes地区产生了脊椎动物大脑的三个重要区域,用于处理感官信息。

  “三个典型的脊椎动物大脑区域(丘脑,pretectum和midbrain)将通过分子信号传导中心的作用进化,这导致扩大和分裂类似DiMes的部分”,基因组调控中心的Manuel Irimia说。 (CRG)巴塞罗那,该研究的主要研究者之一。这解释了如果在脊椎动物中消除这些称为二级组织者的信号中心的功能,那么仍然存在一个类似于在amphioxi中观察到的单一领域。

  相关故事哥伦比亚研究人员揭开了为什么一些胶质母细胞瘤对免疫治疗有反应的原因为什么大脑中的黑色素瘤可能更糟?运动为老年男性提供了比女性更好的脑促进研究大脑的这三个重要部分的形成,脊椎动物用来处理视觉,听觉或感知信息(关于身体各部位的位置和运动)有助于理解大脑如何适应环境并能够处理周围的信息。

  这些区域独立形成并且每个区域都产生其他区域的想法已被证明是错误的。 “大脑没有孤立地进化,而是通过这些原始动物与环境的相互作用”,澄清了UMU的讲师。

  总之,大脑,文昌鱼和脊椎动物分为两个主要区域:前部和后部。在文昌鱼中,前部区域分成两个区域,而在脊椎动物中,它被分成更多的部分,包括上述三个区域,它们共同对应于文昌鱼的一个部分。

  了解大脑形成的真实历史及其结构的组成可能会产生重大的长期影响,因为它可以“帮助解释为什么区域的组成和功能都会发生变化”。例如,它可以使我们更好地了解与大脑相关的疾病,以及为什么某些地区会受到共同影响,而其他地区则不会“,”CRG研究员总结道。

  大脑的结构是进化过程的结果

  人类的大脑经历了一个进化过程,这个过程始于大约5亿年前的海洋动物中,这些动物淹没在沙子中并导致其第一个中枢神经系统建设计划。

   该系统已逐步修改,并被所有现代脊椎动物共享。

  对不同大脑区域赋予身份的遗传网络的研究在我们理解它们如何进化中起着关键作用。出于这个原因,genoarchitecture是一个强大的工具,用于描述神经系统,细胞及其结构的区域,使得有可能确定哪些基因在开发过程中在每个区域或区域中是活跃的,并且可以表征它们之间的界限,以及以最精确的方式定义来自每个区域的不同组件的数量。因此,它有助于我们详细识别人类大脑与另一种脊椎动物的相似之处。

  出处:http://www.crg.eu/en/news/new-study-revises-development-and-evolutionary-origin-vertebrate-brain