Molekularbiologen aus Deutschland und Japan ist es gelungen, die Dicke des Weißbüschelkortex mit dem für den Menschen einzigartigen ARHGAP11B-Gen, das sein Wachstum steuert, deutlich zu erhöhen. Die Ergebnisse ihrer Arbeit wurden in der Fachzeitschrift Science veröffentlicht.
„Wir haben uns auf Experimente an Embryonen beschränkt, da wir die Folgen der Aufnahme dieses Gens und seine Auswirkungen auf die postnatale Entwicklung von Affen nicht vorhersagen konnten, und dies ist aus ethischer Sicht von entscheidender Bedeutung. Wie wir erwartet hatten, war seine Aktivierung hat die Entwicklung der Großhirnrinde des Weißbüschelaffens deutlich verändert. , - sagte einer der Autoren der Arbeit, Direktor des Instituts für Molekularbiologie und Zellgenetik (Deutschland) Wieland Hutner.
Nach modernen Daten stimmen die Genome von Mensch und Schimpanse zu 99% überein, ihre Nervensysteme entwickeln sich jedoch völlig unterschiedlich: Insbesondere im Alter leiden sie an unterschiedlichen Problemen. Dies hindert Wissenschaftler daran, Menschenaffen zu verwenden, um verschiedene Krankheiten zu untersuchen und herauszufinden, wie der Mensch die Fähigkeit zu artikulieren und zu denken erworben hat.
In den letzten Jahren haben Biologen viele für die Gehirnentwicklung verantwortliche Gene entdeckt, die sich in der Struktur des menschlichen und des Schimpansen-Genoms unterscheiden. Es gelang ihnen jedoch nie, jene DNA-Regionen zu finden, die für die ungewöhnlich große Größe unseres Gehirns im Vergleich zum Rest des Körpers verantwortlich waren.
Nun vermuten Wissenschaftler, dass der Grund für den markanten Unterschied zwischen den beiden Arten nicht so sehr in der Struktur der Gene liegt, sondern in der unterschiedlichen Aktivität während der Entstehung des Embryos und des Wachstums des Kindes. Als einzige Ausnahme gilt in diesem Zusammenhang das ARHGAP11B-Gen. Wissenschaftler glauben, dass die Großhirnrinde nach ihrem Auftreten in der menschlichen DNA etwa dreimal dicker wurde als die von Schimpansen und anderen Primaten.
Der Schlüssel zur Evolution des Gehirns
In der Vergangenheit, wie Hutner feststellt, haben Wissenschaftler dieses DNA-Stück bereits in das Genom von Mäusen und Ratten transplantiert. Infolgedessen wurde ihre Großhirnrinde dicker und es fanden andere Veränderungen in ihrer Struktur statt. Niemand hatte zuvor solche Experimente an Primaten durchgeführt, daher konnten die Wissenschaftler nicht mit Sicherheit sagen, wie sich eine solche Operation auf die Affen auswirken könnte.
Das erste Experiment dieser Art führten japanische und deutsche Wissenschaftler durch. Sie verwendeten die Embryonen des Weißbüschelaffen (Callithrix jacchus), die in verschiedenen biologischen und medizinischen Experimenten weit verbreitet sind.
Mit einem speziellen Retrovirus schleusten Wissenschaftler ARHGAP11B in das Genom befruchteter Weißbüschel-Eier ein und implantierten sie dann in die Gebärmutter der Weibchen. Hundert Tage nach Beginn der Schwangerschaft entnahmen Biologen die Embryonen und untersuchten, wie ihre Großhirnrinde angeordnet war.
Das Gehirn eines wilden Affen (links) und eines Affen mit dem menschlichen Gen ARHGAP11B
© Heide et al. / MPI-CBG
Ihre Beobachtungen bestätigten, dass durch die Gentransplantation tatsächlich die Dicke der Großhirnrinde verdoppelt und die Zahl der Stamm- und Keimzellen, aus denen die bei Menschen und anderen Primaten am unterschiedlichsten Hirnschichten gebildet werden, signifikant erhöht wurde Affen und ihre primitiveren Verwandten.
All dies bestätigt laut Wissenschaftlern, dass ARHGAP11B eine wichtige Rolle bei der Entwicklung des menschlichen Kortex und der Bildung von Falten auf seiner Oberfläche spielt und öffnet auch den Weg für ernsthaftere und längere Experimente an Primaten.
