Kleiner Unterschied mit großer Wirkung

Schon immer fasziniert den Menschen die Ähnlichkeit zu seinen engsten Verwandten, den Menschenaffen – aber fast noch mehr treibt den Menschen die Frage um, was uns vom Affen unterscheidet. Abweichungen im Aufbau und der Entwicklung des Gehirns von Menschen im Vergleich zu dem von Menschenaffen könnten wichtige Hinweise geben, warum der Mensch zu deutlich höheren kognitiven Leistungen in der Lage ist. 

Forscher des Max-Planck-Instituts für molekulare Zellbiologie und Genetik in Dresden und des Max-Planck-Instituts für evolutionäre Anthropologie in Leipzig haben deshalb nun erstmals Hirnstammzellen der sich entwickelnden Großhirnrinde von Menschen und Schimpansenim Detail verglichen – dieser Bereich des Gehirns ist beim Menschen  deutlich größer als bei Menschenaffen. Es zeigten sich minimale, aber hochspezifische Unterschiede in der Geschwindigkeit der Zellteilung: Menschliche Hirnstammzellen lassen sich bei der Vorbereitung zum Verteilen der Chromosomen mehr Zeit als die von Schimpansen oder Orang-Utans. Dieser kleine Unterscheid dürfte große Auswirkungen auf die Eigenschaften von Hirnstammzellen haben und könnte ein wichtiger Hinweis darauf sein, was bei der Entwicklung des menschlichen Gehirns anders abläuft als bei Menschenaffen. Um Hirnstammzellen von Menschaffen zu erhalten, reprogrammierten die Forscher um Wieland Huttner am Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik und um Svante Pääbo und Barbara Treutlein am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie zunächst weiße Blutkörperchen zu pluripotenten Stammzellen. Sie setzten solche Stammzellen dann dazu ein, um winzige künstliche Mini-Gehirne von Mensch, Schimpanse und Orang-Utan in der Petrischale wachsen zu lassen, sogenannte zerebrale Organoide. Mit dem sich entwickelnden Hirngewebe, ähnlichen Organoiden, konnten die Forscher dann ihre Versuche durchführen und Hirnstammzellen in diesen künstlichen Geweben beobachten wie in fötalem Hirngewebe. Zu ihrer Überraschung registrierten die Forscher Unterschiede in der Dauer einer bestimmten Zellteilungsphase. Die Phase nämlich, in der die Zelle die Chromosomen anordnet und auf ihre Gleichverteilung in die Tochterzellen vorbereitet, dauert beim Menschen rund die Hälfte länger als bei Schimpanse und Orang-Utan. “Dies könnte einer der Gründe sein, warum Hirnstammzellen von Menschen ein höheres Potenzial zur Vermehrung haben als die von Schimpansen”, sagt Felipe Mora-Bermúdez vom Max-Planck-Institut für molekulare Zellbiologie und Genetik. Nun wollen die Wissenschaftler den Zusammenhang zwischen der Dauer dieser Zellteilungsphase und der Entscheidung, ob sich eine Hirnstammzelle vermehrt oder stattdessen eine Nervenzelle produziert, genauer klären. Darüber hinaus stach den Forschern ein weiterer Unterschied ins Auge: Menschliche zerebrale Organoide hatten einen höheren Anteil an Hirnstammzellen, die sich vor der Produktion von Nervenzellen zunächst vermehrten, als dies in den zerebralen Organoiden von Schimpansen der Fall war. Damit hat der Mensch letztendlich ein größeres Potenzial, die Produktion von Gehirngewebe zu erhöhen. “Die Unterschiede, die wir fanden, waren eher klein. Wir vermuten deshalb, dass auch auf der molekularen Ebene minimalste Unterschiede dazu geführt haben, dass sich das menschliche Gehirn so entwickelt hat, wie es sich nun darstellt”, erklärt der Leiter der Studie Wieland Huttner. Genau danach wollen die Forscher nun als nächstes suchen.