Entwicklung eines grösseren Gehirns

(02.05.2019) Ein Gen, das nur der Menschen besitzt und das in der Großhirnrinde aktiv ist, kann das Gehirn eines Frettchens vergrößern.

Das menschliche Gehirn verdankt sein charakteristisches, gefaltetes Aussehen seiner äußeren Schicht, der Großhirnrinde. Während der Evolution des Menschen vergrößerte sich der Neocortex, der evolutionär jüngste Teil der Großhirnrinde, erheblich und musste sich falten, um in den begrenzten Raum der Schädelhöhle zu passen.


Das Bild zeigt das sich entwickelnde Gehirn eines Frettchens. Magenta markiert Gliazellen und zeigt deutlich die äußere Kontur des Gehirns. Der grüne Bereich enthält Neurone, die ARHGAP11B enthalten.

Der menschliche Neokortex ermöglicht höhere kognitive Fähigkeiten wie das Denken oder die Sprache. Aber wie ist der menschliche Neokortex so groß geworden? Die Antwort könnte in Genen liegen, die nur dem Menschen eigen sind, wie beispielsweise das Gen ARHGAP11B. Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik (MPI-CBG) in Dresden fanden nun heraus, dass dieses menschenspezifische Gen bei Frettchen eine Vergrößerung des Neokortex bewirken kann.

ARHGAP11B veranlasst neuronale Vorläuferzellen dazu, über einen längeren Zeitraum hinweg mehr dieser Zellen zu bilden. Das Ergebnis ist ein vergrößerter Neokortex. Die Forscher veröffentlichten ihre Ergebnisse in der Fachzeitschrift eLife.

Der menschliche Neokortex ist etwa dreimal so groß wie der unserer nächsten Verwandten, der Schimpansen, und ist der Sitz vieler höherer kognitiver Funktionen, wie unsere Sprache oder die Fähigkeit zu lernen. Eine Schlüsselfrage für Wissenschaftler ist, wie während der Evolution des Menschen der Neocortex so groß wurde.

In einer Studie aus dem Jahr 2015 hatte das Forscherteam um Wieland Huttner, Direktor und Forschungsgruppenleiter am MPI-CBG, festgestellt, dass Mäuse unter dem Einfluss des human-spezifischen Gens ARHGAP11B im embryonalen Neokortex viel mehr neuronale Vorläuferzellen produzieren und sogar ihren normalerweise glatten Neokortex falten können. Diese Ergebnisse deuteten darauf hin, dass das Gen ARHGAP11B eine Schlüsselrolle bei der evolutionären Expansion des menschlichen Neokortex spielen könnte.

Es gibt zwei Arten von neuronalen Vorläuferzellen im Neokortex von Säugetieren: apikale und basale. Ein bestimmter Typ der letzteren, die sogenannten basalen radialen Gliazellen, sind eine Hauptursache für das Wachstum des Neokortex während der embryonalen Entwicklung. Mäuse besitzen nur sehr wenige dieser Zellen.

Daher sind Mäuse ungeeignet, um zu untersuchen, ob das human-spezifische Gen ARHGAP11B durch seine Wirkung auf basale radiale Gliazellen tatsächlich eine Vergrößerung des Neokortex bewirken kann.

Ein Forscherteam der Forschungsgruppe von Wieland Huttner untersuchte nun, was ARHGAP11B im Gehirn von Frettchen bewirken würde. Frettchen haben einen größeren Neokortex als Mäuse und besitzen mehr basale radiale Gliazellen.

Der Erstautor der Studie, Nereo Kalebic, erklärt, was er dabei beobachten konnte: „Bei Frettchen hat ARHGAP11B die Anzahl der basalen radialen Gliazellen deutlich erhöht. Es verlängerte auch das Zeitfenster, in dem die basalen radialen Gliazellen Neurone produzierten.

Infolgedessen enthielten diese Frettchen-Hirne mehr Neurone und hatten somit einen größeren Neokortex.“ Diese Ergebnisse deuten darauf hin, dass ARHGAP11B eine ähnliche Rolle bei der Entwicklung des menschlichen Gehirns spielen könnte.

Diese Studie liefert auch den ersten Beweis dafür, dass ein human-spezifisches Gen die Bildung von mehr basalen radialen Gliazellen in einem gefalteten Neokortex auslösen kann.

Wieland Huttner, der die Studie betreut hat, gibt einen Ausblick: „Wir müssen weitere Experimente durchführen, um herauszufinden, ob die Frettchen mit einem größeren Neokortex auch eine verbesserte kognitive Leistungsfähigkeit aufweisen. Wenn ja, könnten solche Studien neue Einblicke in die menschliche Kognition ermöglichen.“



Weitere Meldungen

Menschenaffen wie diese Bonobos haben wie die Menschen grosse Hirne und können daher sehr geschickte Fingerfertigkeiten erlernen.; Bildquelle: Sandra Heldstab/Zoologisch-Botanischer Garten Wilhelma, Stuttgart

Affenarten mit grossen Gehirnen beherrschen schwierigere Handgriffe als solche mit kleinen Hirnen

Doch das Erlernen feinmotorischer Fähigkeiten wie der Werkzeuggebrauch kann dauern: am meisten Zeit beansprucht es bei Menschen
Weiterlesen

Alexander Hecker M.Sc. und Prof. Dr. Stefan Schuster, Lehrstuhl für Tierphysiologie an der Universität Bayreuth.; Bildquelle: Christian Wißler

Bayreuther Biologen ergründen die Rolle der Mauthnerzellen in tierischen Gehirnen

Die Gehirne der meisten Fisch- und Amphibienarten enthalten ein Paar auffällig großer Nervenzellen. Es sind die größten Zellen, die in tierischen Gehirnen vorkommen
Weiterlesen

Menschen, Schimpansen, Gorillas und Orang-Utans haben unterschiedlich aussehende Schädelknochen und Gehirne. Aber sie haben das gleiche Asymmetriemuster wie man aus der unteren Reihe erkennen kann.; Bildquelle:  Simon Neubauer [CC BY-NC-ND 4.0]

Gehirnasymmetrie auch bei Menschenaffen

Die funktionelle Trennung der beiden Gehirnhälften und die damit verbundene Gehirnasymmetrie sind beim Menschen gut dokumentiert. Über die Gehirnasymmetrie unserer nächsten lebenden Verwandten, den Menschenaffen, war bisher jedoch wenig bekannt
Weiterlesen

CT/MRI-Daten eines Menschen (links), eines Schimpansen (Mitte) und eines Gorillas (rechts).; Bildquelle: J.L. Alatorre Warren, UZH

Hirn und Schädel entwickelten sich unabhängig voneinander

Das Gehirn des Menschen ist ungefähr dreimal so gross wie dasjenige eines Menschenaffen
Weiterlesen

Zieht ein Bild der Umwelt an den Augen vorbei, halten Zebrafische mit Schwimmbewegungen ihre Position. Neurobiologinnen zeigen, über welche Nervenzellbahnen dieses Verhalten koordiniert wird.; Bildquelle: MPI für Neurobiologie, Julia Kuhl

Das Gehirn im Fluss: Nervenzellen im Prätektum berechnen großflächige Bewegungen

Wir sehen mit dem Gehirn – die Augen liefern die Informationen. Doch, wie berechnen die Nervenzellen das Gesehene?
Weiterlesen

Löwenmännchen unterstützen die Weibchen kaum bei der Jungenaufzucht, verteidigen aber das Revier der Weibchen mit ihren Jungtieren.; Bildquelle: Sandra Heldstab

Väter verhelfen Säugetieren zu grösseren Gehirnen

Säugetierarten sind umso intelligenter, je grösser ihr Gehirn ist. Ein grosses Hirn auszubilden, benötigt aber sehr viel Energie
Weiterlesen

Deutsches Zentrum für Neurodegenerative Erkrankungen e.V. (DZNE)

Wie Gehirnzellen des Fisches auf Alzheimer reagieren

Im Gegensatz zum Menschen haben Zebrafische hervorragende regenerative Fähigkeiten: Wenn deren Gehirnzellen durch Krankheit oder Verletzung verloren gehen, können sie aus sogenannten Vorläuferzellen leicht nachwachsen
Weiterlesen

Bilder einzelner Scans von Fischgehirnen (blau = Region, die für Verarbeitung visueller Reize zuständig ist). A. Muräne. B. Fasanbutt.; Bildquelle: Iglesias et al. 2018

Nachtaktive Fische haben kleinere Gehirne

Ein internationales Forscherteam hat herausgefunden, dass nachtaktive Fische trotz ihrer größeren Augen kleinere Gehirnareale zur Verarbeitung visueller Reize haben als tagaktive Fische
Weiterlesen


Wissenschaft


Universitäten


Neuerscheinungen