Fåglar och däggdjur har utvecklat avancerade hjärnfunktioner oberoende av varandra

– Olika arter har utvecklat dessa viktiga nervkretsar på olika evolutionära vägar, säger Marco Grillo, forskare vid Stockholms universitet och SciLifeLab.

Viktigt för kognitiva funktioner

Pallium är den del av hjärnan där neocortex bildas hos däggdjur. Det är det område som ansvarar för komplexa kognitiva funktioner som inlärning, minne, sensorisk bearbetning och beslutsfattande, viktiga faktorer som skiljer människor från andra arter. Området har tidigare antagits ha en jämförbar struktur hos olika djur, som däggdjur, fåglar och reptiler, med varierande komplexitet, men med liknande neurontyper och motsvarande kretsar för sensorisk och kognitiv bearbetning. Det har i sin tur gjort att man inom forskningen antagit att det finns ett gemensamt evolutionärt ursprung för utvecklingen av hjärnan hos så kallade amnioter, en grupp ryggradsdjur som inkluderar reptiler, fåglar och däggdjur.

Olika evolutionärt ursprung

Ny forskning vid Stockholms universitet och SciLifeLab, publicerad i tidskriften Science, utmanar nu den uppfattningen. 

– Vi har jämfört utvecklingen och de molekylära kännetecknen hos nervceller som är involverade i de sensoriska kretsarna i de olika hjärnorna och dragit slutsatsen att även om kretsarna har liknande funktioner är deras embryonala utveckling radikalt skilda från varandra, vilket tyder på ett oberoende evolutionärt ursprung, säger Marco Grillo.

Banbrytande teknik

Forskargruppen använde en kombination av nyutvecklade tekniker som BirthSeq och NeurogenesISS, som gör det möjligt att förutom att registrera en cells molekylära identitet, även går att registrera den tid och plats där en cell uppstod. Teknikerna går ut på att fästa en ”tidsstämpel” på DNA:t från celler som föddes vid en viss tidpunkt i embryonalutvecklingen och att i efterhand läsa av denna tidsstämpel tillsammans med cellens molekylära innehåll med hjälp av så kallade encells- respektive in-situ-sekvensering. 

– Det gör det möjligt för oss att som forskare förstå embryonalutvecklingen på ett annat sätt genom att integrera tid, rum och molekylär identitet i en enda analys.

Vingar med olika ursprung

Med de nya verktygen kan forskarteamet undersöka om celler som är involverade i kretsar med liknande funktioner hos olika arter, har liknande molekylära profiler, och om de har sitt ursprung vid likvärdiga utvecklingstider och från likvärdiga embryonala regioner.

– I det här fallet visade det sig inte vara så. Även om slutprodukterna ser funktionellt likadana ut, till exempel för vingarna hos fåglar och fladdermöss, har vägen till funktionerna ur embryologisk synvinkel varit radikalt olika, säger Marco Grillo.

Läs hela studien i Science:

“Evolutionary convergence of sensory circuits in the pallium of amniotes”