Menschliches Gehirn könnte aus zwei verschmolzenen Nervensystemen entstanden sein

Ein Gehirn aus zwei Ausgangspunkten

Fragt man die meisten Menschen, wie das menschliche Gehirn entstanden ist, hört man eine Geschichte über ein einzelnes Organ, das größer wurde, sich in sich selbst faltete und über Millionen von Jahren langsam neue Fähigkeiten erwarb. Ein Bericht von New Scientist deutet auf eine seltsamere Möglichkeit hin: Vorder- und Rückseite unseres Gehirns werden während der Embryonalentwicklung aus unterschiedlichen Vorläuferzellen zusammengesetzt – eine Arbeitsteilung, die nahelegt, dass die beiden Hälften des Organs als getrennte Nervensysteme begannen und später zusammengeführt wurden.

Das ist eine große Behauptung, die man an Zelllinien aufhängt, und es lohnt sich, präzise zu sein, was genau gesagt wird. Die Beobachtung ist entwicklungsbiologisch, nicht verhaltensbezogen. Sie behauptet nicht, dass sich das Gehirn im Alltag wie zwei Organe verhält oder dass die Hemisphären unabhängig sind. Sie behauptet, dass das Rohmaterial, aus dem die vorderen und hinteren Regionen gebaut werden, im Embryo aus unterschiedlichen Quellen stammt – und dass diese Spaltung eine Botschaft über die tiefe Evolutionsgeschichte trägt.

Was die Belege zeigen

Vorläuferzellen sind der Vorrat des Körpers an unspezialisiertem Ausgangsmaterial. Während der Entwicklung teilen sie sich und produzieren die Neuronen und Stützzellen, aus denen Nervengewebe besteht, und die Anweisungen, denen sie folgen, prägen alles Weitere. Die Frage, die Forschende untersucht haben, ist, woher diese Zellen ursprünglich stammen.

Die Antwort scheint zu sein: nicht alle vom selben Ort. Statt eines einzigen einheitlichen Pools von Vorläuferzellen, der Aufgaben über das entstehende Nervensystem verteilt, gehen die vorderen und hinteren Regionen des Gehirns auf unterschiedliche Vorläuferpopulationen zurück. Zwei Enden eines Organs, zwei getrennte Abstammungslinien.

Warum embryonale Ursprünge evolutionäres Gewicht haben

Die Entwicklungsbiologie hat embryonale Ursprünge seit Langem als Hinweis auf Abstammung behandelt. Strukturen, die aus derselben Vorläuferpopulation entstehen, gelten in der Regel als verwandt, so unterschiedlich sie bei einem erwachsenen Tier auch aussehen mögen. Strukturen mit unabhängigen Anfängen werden vorsichtiger behandelt, weil ihre Ähnlichkeit auf konvergente Lösungen statt auf gemeinsame Vererbung zurückgehen könnte.

Wenn die vorderen und hinteren Abschnitte des Gehirns aus getrennten Linien entstehen, liegt die schlichte Lesart nahe, dass sie einst getrennte Einheiten waren. Der Embryo baut in dieser Sicht nicht nur ein Gehirn – er vollzieht eine viel ältere Verschmelzung erneut.

Zwei Nervensysteme, ein Schädel

Die zentrale Implikation ist, dass das menschliche Gehirn ein Kompositum ist: ein vorderes Nervensystem und ein hinteres, jedes mit eigenem entwicklungsbiologischem Ursprung, die über evolutionäre Zeiträume zu einer einzigen Struktur verschmolzen sind. Ein einfaches System zur Wahrnehmung der Umwelt und zur Auslösung von Reaktionen hätte eine Reihe von Problemen bewältigt. Ein zweites System, auf andere Anforderungen abgestimmt, hätte eine andere bewältigt. Schließlich wurden beide zusammengepackt, und die Nahtstellen sind noch daran erkennbar, wie das Gewebe aufgebaut ist.

• Getrennte Vorläuferpools deuten auf getrennte Vorfahrenstrukturen hin.
• Eine Verschmelzung würde das Gehirn zu einem zusammengesetzten Organ statt zu einer einzigen Erfindung machen.
• Wenn die Spaltung uralt ist, sollte dasselbe embryonale Muster auch bei anderen Tieren auftauchen.
• Vorder- und Rückseite sollten sich in mehr als nur den ausgeführten Aufgaben unterscheiden.

Vorder- und Rückseite sehen bereits unterschiedlich aus

Die Neurowissenschaft hat das Gehirn nie als einheitliche Masse behandelt. Anteriore Regionen werden mit Planung, Entscheidungsfindung und der Abfolge von Bewegungen in Verbindung gebracht, während posteriorere Strukturen sensorische Weiterleitung, Gleichgewicht, Atmung und andere automatische Prozesse übernehmen. Diese Unterteilungen sind für sich genommen gut dokumentiert.

Was die neue Rahmung hinzufügt, ist ein möglicher Grund für diese Anordnung. Wenn die beiden Enden des Gehirns auch unterschiedliche entwicklungsbiologische Wurzeln haben, dann sind die funktionellen Unterschiede nicht einfach eine Frage davon, dass ein Gewebe verschiedene Aufgaben übernimmt. Sie könnten zwei unterschiedliche Systeme widerspiegeln, jedes mit eigener Geschichte, die Seite an Seite in Dienst genommen wurden.

Was es für Medizin und Forschung bedeuten könnte

Ursprungsgeschichten sind keine müßige Neugier. Zu wissen, welche Vorläuferpopulation welche Region aufbaut, gibt Forschenden eine Möglichkeit, schärfere Fragen zu Störungen zu stellen, die bevorzugt die Vorder- oder Rückseite des Gehirns treffen. Wenn die beiden Bereiche von unterschiedlichen Linien abstammen, könnten sie unterschiedliche Anfälligkeiten, unterschiedliche Reparaturkapazitäten und unterschiedliche Reaktionen auf Verletzungen tragen.

Die Idee ist auch für die Laborarbeit wichtig. Wissenschaftlerinnen und Wissenschaftler, die aus Stammzellen vereinfachtes Hirngewebe züchten, müssen wissen, welche Vorläuferpopulation sie tatsächlich reproduzieren und ob eine bestimmte Kultur das vordere System, das hintere System oder eine Mischung modelliert. Ein zusammengesetztes Gehirn ist schwerer nachzubilden als ein einzelnes einheitliches, und das Feld müsste das berücksichtigen.

Noch offene Fragen

Die Behauptung ist provokant, und vieles muss noch geklärt werden. Zu den unmittelbaren Fragen gehören:

• Wo genau liegt die Grenze zwischen den beiden Vorläuferpopulationen, und wie stabil ist sie?
• Kommunizieren die beiden Linien während der Entwicklung, oder assemblieren sie sich unabhängig, bevor sie sich verbinden?
• Tritt dieselbe Spaltung auch bei anderen Wirbeltieren auf, was die Verschmelzung weit in die Vergangenheit zurückverlegen würde?
• Kann der Ursprung einer bestimmten Zelle mit ihrer späteren Funktion im ausgereiften Gehirn verknüpft werden?
• Verändert die Anordnung, wie wir Hirnregionen klassifizieren sollten, oder ist sie ein Detail des Aufbaus?

Jede dieser Fragen ist testbar und keine Frage der Interpretation. Das macht den Befund nützlich: Er liefert dem Feld eine neue Achse, entlang derer Zellen, Regionen und Krankheiten sortiert werden können.

Das Fazit

Das menschliche Gehirn ist möglicherweise nicht ein Organ mit einer einzigen Ursprungsgeschichte. Die von New Scientist berichteten Belege legen nahe, dass seine Vorder- und Rückseite im Embryo aus unterschiedlichen Vorläuferzellen gebaut werden, was impliziert, dass zwei primitive Nervensysteme irgendwann in unserer Evolutionsgeschichte zusammenkamen und seitdem als eine Einheit operieren.

Ob diese Lesart einer weiteren Prüfung standhält, ist offen, doch die Richtung ist klar. Evolutionsgeschichte ist nicht nur in Fossilien und Genomen geschrieben – sie ist auch darin geschrieben, wie sich ein Embryo selbst zusammensetzt, Zelle für Zelle, lange bevor etwas erscheint, das einem Gedanken ähnelt.

Dieser Artikel basiert auf einem Bericht von New Scientist. Lesen Sie den Originalartikel.