Ein 9,5 Tage alter Mausembryo. Die Vorderseite des Gehirns ist blau und die Rückseite rot und erstreckt sich in das Rückenmark. Unser Gehirn könnte ein Hybrid aus zwei uralten Nervensystemen sein, die vor Hunderten von Millionen Jahren zusammengepackt wurden. Dies basiert auf der Erkenntnis, dass sich die vorderen und hinteren Hirnregionen bei Menschen und mehreren anderen Arten im Embryo aus zwei unterschiedlichen Zelltypen entwickeln, anstatt wie bisher angenommen denselben Entwicklungsursprung zu teilen.

„Unsere Forschung legt nahe, dass die Evolution zwei bestehende neuronale Systeme nahm und sie räumlich zusammenführte“, sagt Kyle Loh von der Stanford University. Loh und seine Kollegen untersuchten frühe Stadien der Mausembryonalentwicklung und fanden heraus, dass sich ihr Gehirn aus zwei Arten früher Vorläuferzellen entwickelt. Ein Typ exprimiert ein Gen namens OTX2 und wird zu den Neuronen im vorderen Teil des Gehirns. Der andere exprimiert ein Gen namens GBX2 und wird zu den Neuronen im hinteren Teil des Gehirns.

Die Forscher führten dann Experimente mit menschlichen Zellen in einer Schale durch und fanden heraus, dass sich die Neuronen des Hinterhirns und die des Vorder- und Mittelhirns ebenfalls aus unterschiedlichen Vorläuferzellen entwickeln. „Wir haben zum ersten Mal gezeigt, dass die Vorderseite des Gehirns aus einer völlig anderen Vorläuferzelle entsteht als die Rückseite des Gehirns“, sagt Loh. Dies erklärt, warum es so schwierig war, menschliches Hinterhirngewebe im Labor zu züchten.

Mit diesem Wissen ausgestattet, konnte das Team erstmals funktionale menschliche Hinterhirn-Motoneuronen in einer Schale züchten. Das Hinterhirn koordiniert grundlegende lebenserhaltende Prozesse wie Atmung, Schlaf, Essen und Herzschlag, während das Vorderhirn das Zentrum des höheren Denkens ist. Erkrankungen wie amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und spinale Muskelatrophie verursachen Sprech- und Schluckbeschwerden, weil sie das Hinterhirn betreffen. Da es nun einfacher ist, menschliche Hinterhirnneuronen in einer Schale zu züchten, sollte dies die ALS- und spinale Muskelatrophie-Forschung unterstützen und es uns ermöglichen, die genauen Mechanismen zu untersuchen, wie GLP-1-Medikamente wie Ozempic und Wegovy beim Menschen wirken, sagt Loh.

Die Forscher untersuchten auch frühe Embryonen von Hühnern, Zebrafischen und Eichelwürmern und fanden heraus, dass ihre Nervensysteme in ähnlicher Weise von zwei verschiedenen Arten von Vorläuferzellen abstammen. Dies deutet darauf hin, dass unser gemeinsames Gehirnsystem mit zwei Ursprüngen vor mindestens 550 Millionen Jahren entstand. Aber Quallen, von denen wir uns vor etwa 600 bis 700 Millionen Jahren abgespalten haben, haben zwei getrennte Nervensysteme. Diese könnten sich bei unseren entfernten Vorfahren zusammengeschlossen haben, weil es ihre gesamte Verarbeitungsleistung verbesserte, sagt Loh. „Man erhält eine effizientere Kommunikation, wenn Dinge näher beieinander sind“, sagt er. Dass sich unsere Gehirne entlang zweier getrennter Wege entwickeln, könnte auch die Evolution komplexen Denkens erleichtert haben, sagt Loh. Während das Hinterhirn alle Grundfunktionen übernahm, um uns am Leben zu halten, „konnte die Evolution mit dem Vorderhirn herumspielen, Fehler machen und all die ausgefallenen Dinge wie Erinnerung und Kreativität hervorbringen“, sagt er.

Wichtige Entitäten: Unternehmen: Stanford University | Personen: Kyle Loh | Orte: Stanford University