Rudolf Cole
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Neandertaler sind vor etwa 40.000 Jahren ausgestorben, aber dank modernster Wissenschaft gibt es jetzt in Kalifornien ein Labor, in dem Petrischalen mit erbsengroßen Versionen des Gehirns der Höhlenmenschen gefüllt sind.
Warum kultivieren und untersuchen Forscher diese Mini-Gehirne? Der Grund, sagen sie, ist, dass diese kleinen neuralen Klumpen offenbaren können, warum Neandertaler ausgestorben sind und Homo sapiens fuhr fort, einen Großteil des Planeten zu erobern.
"Neandertaler sind faszinierend, weil sie die Erde mit uns geteilt haben, und es gibt jetzt genetische Beweise, die wir tatsächlich mit ihnen gezüchtet haben", sagte Studienleiter Alysson Muotri, Direktor des Stammzellenprogramms der Universität von Kalifornien, San Diego (UCSD). [11 im Labor gewachsene Körperteile]
Vielleicht erklären genetische Unterschiede zwischen Neandertaler und menschlichem Gehirn ihren Tod und unseren Erfolg, sagte Muotri. Mit anderen Worten, es ist möglich, dass Menschen große technologische Fortschritte erzielt haben, weil wir hoch entwickelte neuronale Netze haben, während Neandertaler dies nicht taten.
Muotri präsentierte die Forschungsergebnisse, die noch nicht in einem von Experten begutachteten Journal veröffentlicht wurden, auf einer UCSD-Konferenz namens Imagination and Human Origins am 1. Juni.
Ein Gehirn aufbauen
Um dies zu untersuchen, verglichen Muotri und seine Kollegen das Genom von Neandertalern (zuvor aus fossilen Knochen extrahiert und von anderen Forschern sequenziert) mit dem des modernen Menschen. Von 200 Kandidatengenen, die signifikante Unterschiede zwischen den beiden Arten zeigten, beschlossen die Forscher, sich auf nur eines zu konzentrieren: einen als NOVA1 bekannten Master-Genexpressionsregulator.
NOVA1 wird während der Neuroentwicklung stark exprimiert und wurde mit neuronalen Zuständen wie Autismus und Schizophrenie in Verbindung gebracht, sagte Muotri. Das NOVA1-Gen ist beim Menschen und bei Neandertalern bemerkenswert ähnlich - nur ein einziges Basenpaar (oder ein Paar von DNA- "Buchstaben") unterscheidet sich zwischen beiden.
Wissenschaftler haben im Labor bereits kleine menschliche Organe, sogenannte Organoide, gezüchtet. Um Mini-Neandertaler-Gehirne (die die Forscher spielerisch Neanderoide nannten) zu züchten, verwendeten sie das als CRISPR bekannte Gen-Editing-Tool, um menschliche pluripotente Stammzellen oder unreife Zellen, die sich zu jeder Zelle im Körper entwickeln können, zu "neanderthalisieren", sagte Muotri.
Dann, unter Verwendung ihres internen Protokolls, "haben wir die Stammzellen dazu gebracht, ein Gehirnorganoid zu werden", ein Prozess, der zwischen sechs und acht Monaten dauert, sagte Muotri. Jetzt ausgewachsen, messen die Neanderoide etwa 0,5 Zentimeter, "so dass Sie sie tatsächlich mit bloßem Auge sehen können, wenn sie reif sind", sagte er.
Das Mini-Gehirn kann nicht größer werden, weil es nicht vaskularisiert ist, was bedeutet, dass es keine Blutversorgung hat. Vielmehr erhalten die Mini-Gehirnzellen (es gibt bis zu 400.000 pro Gehirn) Nährstoffe durch Diffusion.
"Es ist möglich, dass wir in Zukunft ein größeres Organoid anbauen können", sagte Muotri. "Wir arbeiten daran, indem wir in ihnen biodruckte künstliche Blutgefäße herstellen."
Starke Unterschiede
Im Labor gewachsene menschliche Gehirne sind im Allgemeinen rund, die Neanderoide jedoch nicht. Stattdessen hatten die Neandertaler-Mini-Gehirne längliche röhrenförmige Strukturen, die ihnen eine popcornartige Form gaben ", sagte Muotri.
Einige der Neanderoidzellen wanderten während der Entwicklung auch schneller von der Quelle ab, was die ungewöhnliche Popcornbildung erklären könnte, bemerkte er. [3D-Bilder: Erforschung des menschlichen Gehirns]
Darüber hinaus fügte Muotri hinzu, dass die Neanderoiden nicht so viele synaptische Verbindungen oder Verbindungen zwischen Neuronen hatten und die neuronalen Netzwerke verändert hatten. Diese Merkmale ähneln menschlichen Mini-Gehirnen, die von Menschen mit Autismus gewachsen sind, sagte er. Es ist jedoch schwer zu sagen, was diese Ähnlichkeit bedeutet, wenn überhaupt, sagte er.
"Eine Korrelation bedeutet nicht, dass sie ähnlich sind", sagte Muotri. "Darüber können wir derzeit nur spekulieren."
Die Forschung befindet sich jedoch noch im Anfangsstadium, und es ist wichtig zu beachten, dass das Projekt einige Einschränkungen aufweist, sagte Svante Pääbo, Direktor des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig, der nicht an der Forschung beteiligt war.
"Organoide sind weit davon entfernt, uns zu sagen, wie das Gehirn von Erwachsenen funktioniert", sagte Pääbo gegenüber dem Wissenschaftsmagazin. Er und seine Kollegen arbeiten auch an der Herstellung von Mini-Neandertaler-Gehirnen, und die Methode kann manchmal unbeabsichtigte Mutationen hervorrufen, sagte Pääbo.
Trotzdem mit kontrollierten Experimenten "Ich bin ziemlich hoffnungsvoll, dass wir diese Zweifel überwinden werden", sagte Pääbo gegenüber dem Science Magazine und fügte hinzu, dass er hofft, Neanderoide mit Mini-Gehirnen zu vergleichen, die aus Schimpansen oder menschlichen Zellen hergestellt wurden.
Was kommt als nächstes
Muotris Team stellt sich jetzt einer weiteren Science-Fiction-ähnlichen Herausforderung. Sie haben eine Möglichkeit für Roboter entwickelt, elektrische Gehirnsignale zu messen, die von menschlichen Mini-Gehirnen gesendet werden. Durch die Verbindung der Roboter mit dem Mini-Gehirn hoffen sie, eine "Lern-Feedback-Schleife" zu schaffen, die dem Gehirn hilft, den Roboter zu steuern, um seine Umgebung zu erkunden.
"Letztendlich wollen wir das neanderthalisierte Organoid [mit dem Roboter] vergleichen, um seine Lernfähigkeit zu testen", sagte Muotri.
Insgesamt kann die organoide Forschung zeigen, welche genetischen Varianten für den menschlichen Erfolg entscheidend sind. "Wenn wir dies systematisch tun, werden wir lernen, welche genetischen Veränderungen uns einzigartig menschlich gemacht haben und warum sie positiv ausgewählt wurden", sagte Muotri.
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