Das menschliche Gehirn galt über Jahrhunderte hinweg als ein einheitliches Organ, das aus einem gemeinsamen Vorrat an Vorläuferzellen hervorgeht. Eine an der Stanford Medicine durchgeführte Studie zeigt nun jedoch, dass das Gehirn aus zwei Anlagen entsteht, die sich bereits im frühen Embryo trennen und danach niemals vermischen. Veröffentlicht wurden diese Ergebnisse am 18. September 2026 in der Fachzeitschrift Nature Neuroscience, wobei an der Arbeit neben Forschern der Stanford University auch das California Institute of Technology sowie die University of California in San Francisco beteiligt waren.
Stanford-Studie enthüllt getrennte Ursprünge des Gehirns
Getrennte Entwicklungspfade und Vorläuferzellen im Embryo
Für ihre Untersuchungen analysierten die Forscher um den Entwicklungsbiologen Kyle Loh und die Doktoranden Carolyn Dundes und Rayyan Jokhai die Gastrulation, jene frühe Phase der Embryonalentwicklung, in der sich der Körperbauplan festlegt. Grundlage der Beobachtungen waren dabei Embryonen von Mäusen. Dabei stießen die Wissenschaftler auf zwei verschiedene Typen von Vorläuferzellen für das Gehirn. Die eine Gruppe trägt ein aktives Gen namens Otx2 und bildet später das Vorderhirn sowie das Mittelhirn. Die andere Gruppe nutzt das Gen Gbx2 und ist von Beginn an auf das Rautenhirn festgelegt.
Beide Zellgruppen überschneiden sich zu keinem Zeitpunkt, sondern schließen sich von den frühesten Stadien an gegenseitig aus. Der Hirnstamm entsteht somit nicht als Ableger des vorderen Gehirns, sondern auf einem eigenen, parallelen Weg. Zudem unterscheidet sich die Grundstruktur des Chromatins — also die Verpackung der DNA im Zellkern — zwischen diesen Gehirnvorläufern grundlegend. Diese unterschiedliche Chromatinstruktur hält jede Vorläuferzelle auf ihrem eigenen Weg fest, was laut den Forschern vergleichbar mit Zügen auf zwei parallelen Gleisen ist, die sich niemals kreuzen.
Bedeutung für die Erforschung von Krankheiten wie ALS
Die neuen Erkenntnisse erklärten auch, warum es bislang nicht möglich war, menschliche Nervenzellen des Hirnstamms beziehungsweise des Hinterhirns im Labor zu züchten, da hierfür standardmäßig die gleichen Vorläuferzellen wie für Vorder- und Mittelhirn genutzt wurden. Dank der Entdeckung gelang es dem Team um Kyle Loh nun erstmals, funktionsfähige Hinterhirnneuronen aus menschlichen pluripotenten Stammzellen im Labor zu erzeugen. Dies schafft wichtige neue Voraussetzungen für die Erforschung schwerwiegender Erkrankungen wie amyotrophe Lateralsklerose (ALS) und spinale Muskelatrophie (SMA).
Evolutionäre Wurzeln reichen Millionen Jahre zurück
Um den Zeitpunkt in der Evolution zu bestimmen, zu dem sich die beiden unterschiedlichen Gehirntypen herausgebildet haben, untersuchten die Forscher zudem zahlreiche weitere Tierarten. Dazu zählten Hühner und Zebrafische sowie primitive Meereswürmer wie Eichelwürmer und Quallen. Die Analysen ergaben, dass auch bei diesen evolutionär weit entfernten Lebewesen während der Gastrulation zwei Gehirnvorläufer gebildet werden, die aus unterschiedlichen Zellen bestehen. Dies deutet darauf hin, dass diese Unterscheidung älter ist als der Ursprung der Wirbeltiere und vor etwa 550 bis 600 Millionen Jahren entstand.
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