Warum das menschliche Gehirn so groß wurde
Unser Gehirn ist deutlich größer als das von Schimpansen und Gorillas. Forschende der TU Dresden haben nun herausgefunden, dass dafür nicht nur unsere Gene entscheidend sind.
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Ein menschliches Gehirnorganoid unter dem Mikroskop. Ein spezieller Farbstoff macht die Form und Verzweigungen der Zellen sichtbar. © Theresa Schütze, AG Albert, CRTD
Wer im Zoo vor dem Gorillagehege steht, erkennt vieles wieder: die Hände, den Blick, das Spiel der Jungtiere. Und doch ist unser Gehirn etwa dreimal so groß wie das eines Gorillas. Warum das so ist, beschäftigt die Forschung seit Langem. Ein internationales Team um Prof. Mareike Albert von der Technischen Universität Dresden (TUD) hat nun ein neues Puzzleteil gefunden.
Im Mittelpunkt steht der Neokortex, die äußere Schicht des Großhirns. Er spielt eine wichtige Rolle für Denken, Planen und Sprechen. "Wie groß ein Gehirn wird, entscheidet sich während der Entwicklung, denn dann entstehen die meisten Nervenzellen", sagt Albert. "Hirngewebe von sich entwickelnden Menschenaffen steht der Forschung jedoch nicht zur Verfügung." Dafür gebe es gute ethische Gründe. Albert leitet eine Forschungsgruppe am Zentrum für Regenerative Therapien Dresden (CRTD) und an der Fakultät Biologie der TUD.
Gleiche Gene, andere Aktivität
Deshalb arbeitete das Team mit Organoiden. Das sind winzige Gewebestrukturen, die im Labor aus Stammzellen wachsen. Sie ahmen bestimmte Eigenschaften des sich entwickelnden Gehirns nach. Die Forschenden züchteten solche Organoide aus Zellen von Menschen, Schimpansen und Gorillas.
In den Bereichen des Erbguts, die Bauanleitungen für Proteine enthalten, stimmen Menschen, Schimpansen und Gorillas zu 98 bis 99 Prozent überein. Doch die gemeinsamen Gene sind nicht immer gleich aktiv. "Genetische Schalter sind kurze DNA-Abschnitte, die steuern, wie aktiv ein Gen ist", erklärt Dr. Theresa Schütze, die die Experimente leitete. "Man kann sie sich wie Dimmer vorstellen, die Gene hoch- oder runterregulieren."
Knapp 600 solcher Schalter waren in den untersuchten menschlichen Stammzellen aktiver als bei Schimpansen und Gorillas. Viele von ihnen beeinflussen Gene, die festlegen, welche Form die Zellen annehmen und wie stark sie sich verzweigen. Schaltete das Team zwei dieser Gene in menschlichen Organoiden aus, bildeten die Stammzellen weniger Ausläufer. In einem Fall entstanden auch weniger Nervenzellen.
Was uns zum Menschen macht
Frühere Studien zeigten bereits, dass stärker verzweigte Stammzellen mehr Signale aus ihrer Umgebung aufnehmen können, sie sich häufiger teilen und mehr Nervenzellen bilden. Das könnte miterklären, warum das menschliche Gehirn im Lauf der Evolution so groß wurde.
"Wir arbeiten im Grunde mit demselben Baukasten, nur nutzen ihn unterschiedlich", erlärt Albert. Frühere Dresdner Forschungsarbeiten hatten bereits einzelne Gene mit dem Wachstum des menschlichen Gehirns in Verbindung gebracht. Die neue Studie zeigt nun, dass auch die unterschiedliche Steuerung gemeinsamer Gene eine Rolle spielen könnte.
Organoide bilden ein echtes Gehirn zwar nur teilweise nach. Sie erlauben aber Einblicke in eine frühe Entwicklungsphase, die sich bei den streng geschützten Menschenaffen sonst kaum untersuchen lässt. "Was uns zum Menschen macht, ist eine faszinierende Frage", fügt die Professorin hinzu. "Mit Organoiden können wir nun anfangen, diese Frage auf der Ebene einzelner Zellen und Gene zu beantworten."
Originalpublikation:
Schütze, T.M., Kolodziejczyk, A., Ditzer, N. et al. Human-specific morphoregulatory signatures in basal radial glia characterise neocortex evolution. Nat Commun 17, 10651 (2026).
