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鳥の脳の構造が進化についての洞察を提供する

鶏の脳に関する研究は、哺乳類や爬虫類の脳の構造との関連を明らかにしている。

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いくつかの鳥は、一部の霊長類と同じくらいの知能を示すんだって。それは、体のサイズに対して脳が大きかったり、脳細胞が多かったり、哺乳類に似た脳回路があることに関連してるみたい。鳥の脳の「パリウム」という部分は進化の過程でかなり変わってきた。この部分は哺乳類とは違って、パリウムには層状の構造があるんだけど、鳥や爬虫類は「背側脳室脊(DVR)」っていう異なる構造を持ってる。

脳の構造の違い

特にワニや鳥の仲間である「アーコサウルス」に属する鳥は、層状の皮質がないんだ。代わりに「ハイパーパリウム」という構造がある。脳のこの構造の違いから、科学者たちは哺乳類、鳥、爬虫類を含むアミノートのパリウムの進化を議論してる。一つの考え方は、脳の回路が似た仕事をしている同じ種類の細胞を共有しているから似ているというもの。もう一つは、異なる脳の領域が進化の過程で同じような起源から発展してきたというもの。

最近の研究では、爬虫類や歌鳥の脳を詳しく調べて、異なる発達起源が脳の構造の類似性に繋がることを支持している。ただ、完全な鳥のパリウムを詳細に分析したり、異なるアミノート間で有効な比較をすることはまだ不十分みたい。

鶏の脳に関する研究

この研究は、先進的な技術を使っていろんな発達段階の鶏のパリウムに関する詳細なデータを集めることを目的にしてた。得られたデータを哺乳類や爬虫類と比較することで、鳥のパリウムの進化と他のアミノート種との関係を追跡しようとしてた。

鶏のパリウムのセルアトラスの作成

鶏のパリウムをマッピングするために、研究者たちは4匹の個体からサンプルを分析して、1匹についてはさらに詳細に調べて4つの主要なエリアに分けた。この作業は、91,000以上の細胞から詳細な遺伝情報を得ることに繋がった。細胞は特徴に基づいて分類され、特に異なるタイプのニューロンや他の細胞タイプに焦点を当てた。

分析の中で、研究者たちは支持や免疫に関連する非神経細胞もいろいろ見つけた。ニューロンは主に2つのタイプに分類されて、活動を減らす抑制的なものと、活動を促進する興奮的なものがあった。このアプローチにより、鶏の脳の細胞タイプの包括的なマップが作られた。

種間の細胞タイプのマッピング

鳥の細胞タイプと他のアミノートの間にリンクを見つけるために、研究者たちは異なるアミノート種からデータを集める必要があった。彼らはトカゲとマウスから同様のデータを集めて、効果的な比較を行った。このプロセスで、これらの種の細胞集団の間に、多くの予期しない類似点や相違点が現れた。

鳥の脳におけるGABA作動性ニューロン

GABA作動性ニューロンは脳内で信号を抑制するのに重要で、さまざまな種で似たようなことが確認された。鳥のほとんどのこれらのニューロンは、哺乳類と同様に特定の領域から発生する。ただ、いくつかのニューロングループは、鳥と哺乳類の構造で見られるものに似ている一方で、他のものはそうではないという目立った違いもあった。

GABA作動性ニューロンの分布

研究では、鶏の脳内の異なるタイプのGABA作動性ニューロンの位置をマッピングした。これらのニューロンの中には明確な位置にあるものもあれば、もっと分散しているものもあった。研究者たちは、これらのニューロンの類似点が共有起源を示唆しているのかもしれないと考えている。ニューロンの分布を比較することで、これらの種間の進化的な関係についての洞察を得ることができた。

グルタミン酸作動性ニューロンの特性

研究は、脳内で信号を伝える重要な役割を持つグルタミン酸作動性ニューロンにも焦点を当てた。結果は、これらのニューロンには多くのサブクラスがあり、鳥と哺乳類の脳間で共通する特徴もあることを示した。この分類は、特定の脳機能がどのように発展し、種間でどう違うのかを理解する上で重要な意味を持つ。

興奮性ニューロンと哺乳類の構造の関連

鶏の特定の種類のグルタミン酸作動性ニューロンが、哺乳類の海馬のものに強い類似性を持っていることが分かった。海馬は記憶や空間のナビゲーションに重要な場所。これにより、特定の重要な脳の構造が進化の過程で保存されてきた可能性があると研究者たちは信じている。

メソパリウムの理解

鳥の脳の一部であるメソパリウムは、哺乳類の構造と関連付けられている。この研究では、この領域のニューロンタイプが哺乳類のアイソコルテックスの細胞タイプと共通の特徴を持つことが示された。

メソパリウム細胞の比較分析

データは、メソパリウムが哺乳類の相当部分から分岐したさまざまな細胞タイプを含んでいることを示している。これらの一部の細胞タイプは、哺乳類の脳の異なる領域、例えばクラウストラムで見られるニューロンに似ている。これは、アミノート間でこれらの脳構造がどのように進化してきたのかを理解する上での複雑さを加える。

ニドパリウムとハイパーパリウムの関連

この研究の主な焦点は、鳥のニドパリウムとハイパーパリウムの類似性だった。これらの領域は伝統的に異なる機能を持つと考えられていたが、研究結果は細胞の構成においてかなりの重なりがあることを示した。特定の遺伝子の発現を分析することで、これらの層は以前に思われていたほど異ならないかもしれないと指摘された。

発達と発現の検証

研究は、多くの類似点が共有機能からだけでなく、これらの領域の細胞の構造的な組織から生じる可能性があることを明らかにした。成体の鳥で見られる全体的なパターンは発達段階に遡ることができ、これらのパターンに寄与する要因は早期に確立された可能性があることを示唆している。

アミノート間の進化的関係

この研究は、さまざまなアミノート種間の進化的なリンクについて重要な観察を持って締めくくられた。この発見は、特定の細胞タイプが似ている一方で、彼らの役割やつながりがかなり異なる可能性があることを強調している。この複雑さは、鳥の脳の進化が単純な道ではなく、さまざまな環境や発達の圧力によって形作られた相互作用のウェブであるという考えを支えている。

結論: 発見の影響

この研究の結果は、鶏のパリウムの細胞タイプがマウスや爬虫類のそれとどのように関連するかを包括的に示している。種間での特定のニューロンタイプの顕著な類似性は、共有された進化の歴史や適応を示唆している。この成果は、鳥と哺乳類の脳の進化に関するさらなる研究の基盤を築いていて、さまざまな脳構造や機能がどのように時間をかけて出現してきたのかを探る必要性を強調している。

これらの発見はまた、現在の脳進化モデルの再評価を促していて、異なる種においてどのように似た構造が生じ得るのかをより微妙に理解する必要があることを示唆している。今後の研究がこれらの複雑さを解き明かし、アミノートの脳における進化的な動態を理解するために重要になるだろう。

オリジナルソース

タイトル: Developmental origins and evolution of pallial cell types and structures in birds

概要: The advanced cognitive abilities of birds rival those of mammals and have been attributed to evolutionary innovations in the pallium. However, a comprehensive cellular characterization of this brain region in birds has been lacking. We scrutinized the structures, cell types and evolutionary origins of the avian pallium based on single-cell and spatial transcriptomics atlases for the adult and developing chicken, and comparisons to corresponding data from mammals and non-avian reptiles. We found that the avian pallium shares most inhibitory neuron types with other amniotes. While excitatory neuron repertoires in the (medial) hippocampal formation show high conservation, they substantially diverged in other pallial regions during avian evolution, defining novel structures like the avian-specific (dorsal) hyperpallium, whose neuronal gene expression identities partly converge during late development with those of the (ventral) nidopallium. Our work also unveils the evolutionary relationships of pallial structures across amniotes, like the previously unknown homology between avian (lateral) mesopallial and mammalian deep layer cortical neurons. One-Sentence SummaryAn avian neural cell type atlas illuminates the developmental origins and evolution of the amniote pallium.

著者: Bastienne Zaremba, A. Fallahshahroudi, C. Schneider, J. Schmidt, I. Sarropoulos, E. Leushkin, B. Berki, E. Van Poucke, P. Jensen, R. Senovilla-Ganzo, F. Hervas-Sotomayor, N. Trost, F. Lamanna, M. Sepp, F. Garcia-Moreno, H. Kaessmann

最終更新: 2024-04-30 00:00:00

言語: English

ソースURL: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.30.591857

ソースPDF: https://www.biorxiv.org/content/10.1101/2024.04.30.591857.full.pdf

ライセンス: https://creativecommons.org/licenses/by-nc/4.0/

変更点: この要約はAIの助けを借りて作成されており、不正確な場合があります。正確な情報については、ここにリンクされている元のソース文書を参照してください。

オープンアクセスの相互運用性を利用させていただいた biorxiv に感謝します。

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