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Des mini «  cerveaux  » d’humains et de singes cultivés en laboratoire révèlent pourquoi on est devenu tellement plus gros

À l’aide de mini-cerveaux cultivés en laboratoire, les scientifiques ont compris pourquoi les humains ont un cerveau plus gros que celui des singes.

Il y a environ 5 à 8 millions d’années, les humains et singes divergé d’un ancêtre commun. Quelque temps après, les humains ont commencé à évoluer pour avoir un cerveau plus gros; à présent cerveaux humains sont environ trois fois plus gros que le cerveau des chimpanzés, nos plus proches parents vivants.

Si vous demandez «ce qui est spécial dans notre cerveau», par rapport aux autres singes, la réponse la plus évidente est la taille, a déclaré l’auteure principale Silvia Benito-Kwiecinski, chercheuse postdoctorale au MRC Laboratory of Molecular Biology au Royaume-Uni. « Il y a eu une forte sélection de cerveaux plus gros et il semblerait donc que nos cerveaux plus gros aient quelque chose à voir avec nos capacités cognitives uniques. »

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Il y a entre 2,6 millions et 11700 ans, le cerveau humain a connu une poussée de croissance majeure, doublant de taille, 45Secondes.fr précédemment rapporté. En raison d’un manque d’enregistrements fossiles datant de l’époque de l’expansion du cerveau humain, les scientifiques ne peuvent pas facilement démêler Quel incité les humains à développer un cerveau plus gros; mais avec des outils modernes, nous pouvons maintenant voir comment nos cerveaux se développent différemment des cerveaux de singes.

Comme les cerveaux humains et singes augmentent rapidement en surface au début du développement, les scientifiques ont émis l’hypothèse que des différences pourraient survenir très peu de temps après la conception, avant que les cellules ne deviennent des cellules cérébrales, a déclaré Benito-Kwiecinski à 45Secondes.fr. Mais comme les premiers tissus cérébraux des fœtus humains et singes ne sont pas facilement accessibles pour la recherche, les études précédentes se sont principalement concentrées sur les stades de développement ultérieurs lorsque les neurones composent déjà le paysage du cerveau.

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Mais l’avènement de la technologie des organoïdes, qui sont des modèles d’organes cultivés en laboratoire, permet désormais de se pencher sur ces premières étapes. Les scientifiques créent ces organoïdes cérébraux à partir de cellules souches, ou cellules qui peuvent se transformer en n’importe quel type de cellule du corps, et reprogramment ces cellules pour qu’elles se développent en structures semblables à celles du cerveau.

Bien que ce ne soient pas de véritables cerveaux, ce sont toujours des imitations impressionnantes; auparavant, les scientifiques ont créé des organoïdes cérébraux capables de développer leurs propres vaisseaux sanguins ou de produire leurs propres ondes cérébrales, 45Secondes.fr précédemment rapporté.

Dans la nouvelle étude, Silvia Benito-Kwiecinski a cultivé des «minibrains» de chimpanzés, gorilles et les humains en laboratoire (c’est la première fois qu’un organoïde de cerveau de gorille est fabriqué). Ils ont commencé avec des boules 3D de cellules appelées corps embryoïdes qui imitent les premiers stades du développement du cerveau – environ un mois après la conception – avant que les cellules souches ne deviennent des cellules cérébrales. Ils ont ensuite mis ces cellules dans des matrices de gel et leur ont permis de développer des «structures bourgeonnantes» ou des cellules progénitrices neurales, qui sont des cellules souches qui finiront par se transformer en cellules cérébrales.

«La raison pour laquelle ces cellules progénitrices sont intéressantes est que, finalement, le nombre de neurones générés dépend[s] sur le nombre de cellules progénitrices qui sont fabriquées « , a déclaré Benito-Kwiecinski. En d’autres termes, plus les progéniteurs se divisent, plus il y aura de neurones qui finiront par se former. Ces cellules progénitrices sont de forme cylindrique, mais à mesure qu’elles mûrissent, elles commencent à s’allonger et devenez plus semblable à une broche.

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Après 5 jours, les cellules progénitrices neurales de gorille ont mûri dans la forme conique en forme de fuseau (à droite) mais les cellules humaines (à gauche) sont restées dans une forme cylindrique.

Après seulement 5 jours, les cellules progénitrices neurales de gorille ont mûri dans la forme conique en forme de fuseau (à droite) mais les cellules humaines (à gauche) sont restées dans une forme cylindrique. (Crédit d’image: S.Benito-Kwiecinski / MRC LMB / Cell)

Ces cellules allongées se divisent beaucoup plus lentement que leurs prédécesseurs cylindriques. Finalement, les cellules en forme de fuseau deviennent des neurones pleinement développés.

Les chercheurs ont découvert que dans le cerveau humain, les cellules progénitrices neurales mettent quelques jours de plus à mûrir en ces cellules allongées à division plus lente que dans les cerveaux de chimpanzés et de gorilles.

« Il semble que les humains soient retardés dans la transition », a déclaré Benito-Kwiecinski. Pendant ce temps supplémentaire avant la transition, les cellules progénitrices humaines se divisent plus que leurs homologues de singes, créant plus de cellules qui mûriront en cellules cérébrales, et donc des cerveaux plus gros.

Pour comprendre pourquoi, les chercheurs ont examiné les gènes qui étaient activés et désactivés au cours de ce stade précoce du développement cérébral dans les différents organoïdes. Ils ont découvert que le gène ZEB2 était activé plus tôt chez les organoïdes du cerveau de gorille que chez les organoïdes humains. ZEB2 « semble être le régulateur de ce changement de forme cellulaire », a déclaré Benito-Kwiecinski.

Effectivement, lorsque les chercheurs ont retardé l’activation de ZEB2 dans les cellules progénitrices de gorilles, la transition vers les cellules allongées a pris plus de temps, ce qui a fait croître les cellules des organoïdes de gorille plus similaires aux cellules des organoïdes humains. Lorsqu’ils ont allumé le ZEB2 plus tôt dans les organoïdes humains, le contraire s’est produit: les cellules des organoïdes humains ont commencé à se développer davantage comme les cellules des organoïdes de singes, ce qui signifie qu’elles sont passées plus rapidement en cellules allongées.

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On ne sait pas combien de temps après la séparation des humains des singes, l’expression de ce gène a commencé à changer; et on ne sait pas non plus quels autres gènes sont impliqués. Benito-Kwiecinski et son équipe espèrent maintenant comprendre ce qui régule l’expression de ZEB2, et donc pourquoi ce gène s’exprime plus tard chez l’homme que chez les singes.

Les résultats ont été publiés mercredi 24 mars dans la revue Cellule.

Publié à l’origine sur 45Secondes.fr.

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