Unser Gehirn könnte aus zwei getrennten Nervensystemen entstanden sein
Das menschliche Gehirn ist eines der komplexesten Gebilde überhaupt. Rund 86 Milliarden Nervenzellen sind darin miteinander vernetzt. Und dieses Netzwerk verändert sich ein Leben lang. Einerseits besteht das Grosshirn aus einer linken und einer rechten Hemisphäre, andererseits aus zahlreichen miteinander vernetzten Bereichen, die unterschiedliche Aufgaben übernehmen.
Bisher gingen Forschende davon aus, dass all diese Teile ein einziges zusammenhängendes Organ bilden. Doch neue Erkenntnisse stellen diese Annahme in Frage.
Forschende der Stanford University haben Hinweise darauf entdeckt, dass das Gehirn aus zwei getrennten Systemen besteht, die im Laufe der Evolution miteinander verschmolzen sind: ein primitiverer Teil, der automatische Funktionen wie Herzschlag und Atmung reguliert, sowie ein jüngerer Teil, der höhere Fähigkeiten wie Poesie, Mathematik und abstrakte Gedanken ermöglicht.
Das Team um Kyle Loh von Stanford Medicine berichtet darüber im Fachjournal Nature Neuroscience. «Wir haben erstmals gezeigt, dass der vordere Teil des Gehirns aus einer völlig anderen Vorläuferzelle entsteht als der hintere Teil», so der Entwicklungsbiologe.
Spuren in Embryonen und der Tierwelt
Zu Beginn analysierte das Forschungsteam die Entwicklung von Mäuseembryonen. Dafür markierten sie frühe Vorläuferzellen und verfolgten daraufhin, zu welchen Teilen des Gehirns sich deren Nachkommen entwickelten. Dabei zeigte sich: Bereits während einer sehr frühen Phase der Embryonalentwicklung entstanden zwei unterschiedliche Gruppen von Vorläuferzellen. Aus der einen entwickeln sich später Vorder- und Mittelhirn, aus der anderen das Hinterhirn.
Das menschliche Gehirn lässt sich also grob in drei grosse Bereiche einteilen: Vorderhirn, Mittelhirn und Hinterhirn. Im Vorderhirn spielen sich viele der Prozesse ab, die wir mit höherem Denken verbinden wie Sprache, Bewusstsein und abstraktes Denken. Das Hinterhirn kümmert sich dagegen um vieles, was unser Körper ganz automatisch erledigt wie Atmung oder Herzschlag. Die Neuronen des Hinterhirns steuern ausserdem die Muskeln von Gesicht, Zunge und Rachen, die für Sprechen und Schlucken verantwortlich sind.
Daraufhin überprüften die Forschenden den Befund mit menschlichen pluripotenten Stammzellen. Sie liessen diese Zellen im Labor zu unterschiedlichen Vorläuferzellen des Nervensystems heranreifen. Und auch da schlugen die Zellen unterschiedliche Entwicklungsrichtungen ein.
Später blickten die Forschenden noch tiefer in die Evolutionsgeschichte. Bei Hühnern, Zebrafischen und – bemerkenswerterweise – auch bei Eichelwürmern, die evolutionär sehr weit vom Menschen entfernt sind, fanden sie Hinweise auf dasselbe Muster: Das Nervensystem entwickelt sich aus zwei unterschiedlichen Vorläufern. Das deutet den Forschenden zufolge darauf hin, dass diese Aufteilung der Gehirnentwicklung sehr alt sein könnte – und über mehr als 550 Millionen Jahre erhalten geblieben ist.
Auch bei Quallen, die weder ein zentrales Gehirn noch ein Herz besitzen, fand das Forschungsteam Hinweise darauf, wie früh sich Nervensysteme in der Evolution entwickelten: Sie besitzen zwei Nervennetze an unterschiedlichen Körperenden. Ihre Entwicklungslinie trennte sich vor rund 600 bis 700 Millionen Jahren von jener, aus der später auch der Mensch hervorging.
Nutzen für die Medizin
Die Forschenden konnten sogar bestimmte Nervenzellen aus dem Hinterhirn im Labor herstellen, die bisher nur schwer aus menschlichen Stammzellen zu erzeugen waren. Dies könnte auch für die Erforschung von Erkrankungen des Nervensystems interessant sein.
