Das menschliche Gehirn ist entgegen früherer Annahmen kein einheitliches Organ; es besteht vielmehr aus zwei völlig getrennten Systemen, die sich unabhängig voneinander entwickelt haben, bevor sie miteinander verbunden wurden. Forscher der Stanford-Universität entdeckten dies bei der Untersuchung einer langjährigen experimentellen Herausforderung: Warum Stammzellen des Hirnstamms in Laborumgebungen nur schwer wachsen, während Zellen im vorderen Teil des Gehirns sich leicht vermehren.
Entdeckung zweier unterschiedlicher Zellgruppen
Untersuchungen der frühen Entwicklungsphasen des Gehirns zeigten, dass die vorderen und hinteren Teile dieses Organs aus völlig unterschiedlichen Zellgruppen stammen. Bislang wurde angenommen, dass die gesamte Struktur des Gehirns aus einer einzigen ursprünglichen Stammzelle entsteht. Die Beobachtung des Embryos in der Gastrulationsphase (eine entscheidende Phase der Entwicklung, in der eine Gruppe einfacher Zellen die grundlegenden Strukturen des Körpers bildet) offenbarte jedoch das Vorhandensein von zwei völlig unterschiedlichen Zellgruppen.
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Die Forscher sagen, dass eine dieser Gruppen ausschließlich für die Bildung des vorderen Gehirnteils programmiert ist, während die andere nur für die Schaffung des hinteren Teils verantwortlich ist. Weitere genetische Untersuchungen haben gezeigt, dass die biologischen Anweisungen innerhalb dieser beiden Gruppen so unterschiedlich verpackt sind, dass ihre Wachstumswege ohne Überschneidung voneinander getrennt sind.
Unabhängige Evolution und 500 Millionen Jahre alte Wurzeln
Laut Wissenschaftlern könnte die Anordnung des Gehirns als einheitliches Organ effizienter sein, aber die biologische Struktur des Menschen funktioniert immer noch auf der Grundlage einer alten Methode, die das Gehirn in zwei getrennte Teile unterteilt. Die Forscher glauben, dass diese beiden Nervensysteme in der fernen Vergangenheit in unterschiedlichen physischen Bereichen des Körpers primitiver Tiere lokalisiert waren; ähnlich den getrennten Nervennetzen, die heute im Körper von Quallen zu sehen sind.
Der hintere Teil des Gehirns, der an der Basis des Schädels liegt, ist das Zentrum der automatischen Kontrolle des Körpers und steuert lebenswichtige Funktionen wie Herzschlag, Atmung und Schlafzyklen. Im Gegensatz dazu sind die mittleren und vorderen Teile des Gehirns für höheres Denken, einschließlich Sprache, Logik und abstraktes Denken, zuständig. Trotz dieser getrennten Ursprünge haben diese beiden Systeme eine integrierte Verbindung zur Durchführung alltäglicher Aktivitäten.
Die Forscher haben dieselbe doppelte Struktur auch bei Acorn-Würmern identifiziert; Meereslebewesen, die einen sehr alten gemeinsamen Vorfahren mit dem Menschen haben, und das Vorhandensein dieses Mechanismus bei ihnen zeigt, dass das doppelte Design des Gehirns mindestens 500 Millionen Jahre alt ist.
Diese bedeutende Entdeckung, deren Ergebnisse in der wissenschaftlichen Zeitschrift Nature Neuroscience veröffentlicht wurden, stellt einen wichtigen Fortschritt im medizinischen Bereich dar. Das Forschungsteam hat es geschafft, basierend auf dem Wissen über die einzigartige Bildung der Zellen im hinteren Teil, zum ersten Mal im Labor menschliche Stammzellen in funktionale motorische Neuronen dieses Teils umzuwandeln. Die Fähigkeit, diese speziellen Nervenzellen zu produzieren, könnte die Forschung zu tödlichen neurodegenerativen Erkrankungen wie amyotropher Lateralsklerose (ALS) und spinaler Muskelatrophie (SMA) beschleunigen; Krankheiten, die speziell die motorischen Neuronen im unteren Teil des Gehirns angreifen und schädigen.
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