E-mail | SIS | Moodle | Helpdesk | Knihovny | cuni.cz | CIS Více

česky | english Přihlášení



Jsme blíž odhalení původu mozkové kůry savců?

Savci jsou unikátní svým neokortexem s neurony uspořádanými do šesti vrstev, žádná jiná skupina obratlovců takto uspořádaný mozek nemá – například mozková kůra plazů je složena pouze z jediné vrstvy pyramidálních buněk s malou funkční diferenciací. Právě existence neokortexu do značné míry přispívá k savčí, tedy i naší, inteligenci. Jakým způsobem se tato složitá mozková struktura vyvinula? Protože fylogeneze je sled ontogenezí, tedy vývojů jedince, může k pochopení evoluce mozku zásadním způsobem přispět poznání mechanismů vývoje ontogenetického.

Jak se můžeme dozvědět více o procesech vedoucích k vývoji savčí mozkové kůry? Americko-španělsko-český tým, jehož členem byl doktor Pavel Němec z Katedry zoologie PřF UK, shrnul ontogenetický vývoj i neurální organizaci u dospělců různých druhů a vztah mezi počtem neuronů neokortexu a jejich prekurzory, migrací a proliferací během vývoje jedince. Společný předek savců a plazů měl patrně jednu vrstvu buněk dorzální kůry, podobně jako dnešní sauropsidní linie obratlovců reprezentovaná plazy a ptáky, u nichž se kůra mozková rozvíjí v některých aspektech konvergentně vůči savčímu mozku.

Fosilní záznamy nám toho bohužel o uspořádání mozku nedokážou prozradit zdaleka tolik jako studium současného života, avšak morfologie lebky raných savců nasvědčuje tomu, že měli silně vyvinutý čichový lalok a oblasti kůry zodpovědné za zpracování čichových vjemů. Neokortex ale již tehdy pravděpodobně hrál zásadní roli v řízení chování. Již u raných primátů rostla role zrakových vjemů, zvětšil se objem neokortexu a hustota nervových spojení. Počet neuronů současných primátů je značně variabilní. Mozek kosmanů obsahuje přibližně jednu miliardu nervových buněk. Lidský mozek, více než čtyřikrát hmotnější, má okolo 86 miliard neuronů, neokortex zabírá neuvěřitelných 80 % jeho objemu a je rozdělen do přibližně dvou set oblastí v každé hemisféře, z nichž některé mají funkce specifické pro danou hemisféru. Z jakých důvodů došlo u našeho mozku k takto prudkému rozvoji? Mohlo by nám pomoci se podívat na to, jakým způsobem se vyvíjí.

Mozková kůra je zobrazena tmavě fialově (Nisslovo barvení). Zdroj: brainmaps.org

V raném nitroděložním vývoji dochází k několika vlnám proliferace neuronů z oblasti koncového mozku v zóně mozkových komor (ty obsahují mozkomíšní mok). Tyto buňky následně migrují do svých cílových destinací v kůře. Dosáhnout jich jim umožňují dva mechanismy: takzvaná radiální a tangenciální migrace. Při radiální migraci sledují buňky výběžky tzv. radiálních glií, „konstrukčního lešení“ vznikající kůry. Vln migrace je několik, tak se rodí vrstvy kůry. Formují se zevnitř ven, což znamená, že nejmladší buňky se nacházejí z našeho pohledu navrchu. Oproti tomu tangenciálně migrující neurony se přesouvají paralelně vůči germinální oblasti, kolmo k radiálním gliím, jejichž podporu při migraci nevyužívají. Tuto cestu využívají zejména interneurony: nervové buňky propojující jednotlivé senzorické a motorické dráhy. Rozdělení způsobu a času migrací umožňuje divergenci různých populací neuronů a tím zprostředkovaně i funkcí mozku.

Radiální i tangenciální migraci však pozorujeme u širokého spektra taxonů. Co tedy může za to, že na některých větvích fylogenetického stromu nacházíme organismy s daleko rozvinutějším mozkem než jiné? Jak se vznik lidského neokortexu liší od jiných savců? Odpověď dle autorů zřejmě leží v odlišné expresi genů. Všichni známe ten dril: Informace obsažená v DNA se přepisuje do „pracovní kopie“ RNA, odkud se překládá do proteinů (nebo plní nějakou funkci již v podobě RNA, ale sem nyní nemusíme zabíhat). Různé úseky DNA se však přepisují s různou intenzitou a výsledné RNA mají různou životnost. Důsledek? Různé množství proteinu! A to ještě nesmíme zapomínat na procesy, které RNA upravují ještě před překladem nebo modifikují výsledný protein. Ze stejného úseku DNA tak můžeme u různých organismů získat obrovské spektrum různých výsledků v závislosti na procesech ovlivňujících míru transkripce a meziprodukty před finálním proteinem. A právě v této variabilitě nejspíše tkví tajemství lidského mozku. Ten je transkripčně mnohem aktivnější než například mozky šimpanzů. Velké transkripční rozdíly existují také mezi jednotlivými vrstvami kůry a obecně různými oblastmi mozku. Velmi transkripčně odlišný od zbytku kůry je zejména silně specializovaná zraková kůra.

A tím se vracíme k otázce vzniku savčího neokortexu: Savci sdílejí řadu unikátních společných mechanismů uplatňujících se při vývoji mozku. Ze srovnání vychází, že ke vzniku neokortexu přispělo rozdělení germinální zóny a změna podílu různých populací buněk, architektura glie i tangenciální migrace, to vše řízené komplexní molekulární signalizací. Rozvoj neokortexu u různých linií savců pak řídí zejména změny v expresi genů, jimž zřejmě i my vděčíme za svůj nezvykle velký a výkonný mozek.

Molnár, Z., Kaas, J. H., De Carlos, J. A., Hevner, R. F., Lein, E., & Němec, P. (2014). Evolution and development of the Mammalian cerebral cortex. Brain, behavior and evolution, 83(2), 126.

Julie Nováková

Publikováno: Neděle 24.05.2015 10:50

Akce dokumentů