Upptäckten av hur hjärnan bildas och utvecklas

Vilken är den viktigaste händelsen under livet? När man föds, tar studenten, vinner en viktig idrottstävling, gifter sig, får sitt livs toppjobb? Nej, den viktigaste händelsen i livet inträffar när hjärnan anläggs. Den sker två veckor efter befruktningen, då bollen av celler (blastocysten) omvandlas genom den så kallade gastruleringen till en tredimensionell organism med huvudända och svans och magsida och rygg. I och med att förstadiet till hjärnan bildas har det tolkats som tidpunkten då människolivet börjar. Detta hade en avgörande betydelse för filosofen lady Mary Warnock när hon satte gränsen för hur länge man får hålla mänskliga embryon vid liv för forskning. På uppdrag av det brittiska parlamentet framlade hon nämligen de etiska reglerna för bedrivandet av konstgjord befruktning.  

I år är det ungefär 100 år sedan det upptäcktes hur anlaget till hjärnan bildas i embryot. Det visades av den unga forskaren Hilde Mangold, född Proescholdt, (1898–1924) under handledning av professor Hans Spemann (1869–1941) i den idylliska universitetsstaden Freiburg i Schwarzwald i södra Tyskland. Men det omnämns knappast i några standardverk i idéhistoria. I stället ägnas flera sidor åt aktiviteten vid den filosofiska institutionen några stenkast bort. Det var där Edmund Husserl och hans lärjunge Martin Heidegger var verksamma. 

Husserl hör till 1900-talets stora filosofer och var den främste företrädaren för fenomenologin, som kan beskrivas som en analys av människans medvetna upplevelser. Husserl tenterade Hilde Man­gold i filosofi, vilket hon var tvungen att genomgå för att få ut sin filosofie doktorsexamen. Det skulle ha kunnat vara ett spännande akademiskt möte mellan en medvetandefilosof och en biolog med ny kunskap om hjärnans uppkomst. Vi vet inte i dag vad tentamen handlade om, men det är dokumenterat att tentanden fick högsta betyg.

Om Husserls läror kan ledas tillbaka både till Platon och Aristoteles, så torde Mangold ha varit mest inspirerad av Aristoteles. Han var den förste embryologen som studerade fosterutvecklingen, särskilt hos kycklingar. Hans biologiska forskning stod sig åtminstone delvis ända fram till 1900-talets början. Visserligen hade han en del märkliga idéer om att människan uppkom genom att mannens sädesvätska blandades med kvinnans menstruationsblod och att själen uppstår efter 40 dagar hos pojkfoster men efter 90 dagar hos flickfoster. Men han visade att embryot utvecklas successivt från en amorf massa genom anläggning av först hjärtat och sedan övriga organ. Denna observation överensstämmer bättre med dagens epigenetiska uppfattning än den länge rådande preformationsteorin, att män­niskan är färdigbildad från början som en homunculus vilken »bara« behöver expandera. 

Hilde Mangold hade av sina föräldrar placerats i en hushållsskola för att bli en hemmafru, vilket inte roade henne. Av en tillfällighet åhörde hon en föreläsning av zoologiprofessorn Hans Spemann, som talade om hur embryot utvecklas. Hon blev så fascinerad att hon bad att få börja forska hos honom. Han tvekade men gav till slut med sig. Hans Spemann hade gjort epokgörande försök och visat hur de förs­ta cellagren i embryot anläggs. Han studerade den cellklump av likadana celler som bildas efter befruktningen. Genom att använda ett tunt hårstrå från sin nyfödda dotter kunde han separera cellerna, varvid var och en utvecklades till en egen organism ungefär som enäggstvillingar. Det var den första demonstrationen av så kallad kloning, vilket fördömdes av den katolska kyrkan.

Hilde Mangold fick i uppgift att transplantera celler från ett salamanderembryo till ett annat för att se om hon kunde få fram ett benliknande utskott. Hon gjorde hundratals försök, vilka var mycket krävande. Till sin förvåning fick hon fram ett salamanderyngel med två huvuden. Det sensationella fyndet gjordes under åren 1921–1922. 

Genom att använda sig av salamandrar med lite olika pigmentering kunde hon visa att det inte var cellerna i transplantatet som utvecklades till huvudet, utan att de måste ha frigjort en kemisk substans som stimulerade cellerna hos mottagaren att utveckla en kropps­axel med hjärna och ryggrad. Principen att en »vitalistisk« faktor sätter igång bildningen av hjärnan måste också gälla människoembryot vid två veckors ålder. Den studeras fortfarande och anses på något sätt påverka arvsmassan, så att hjärnan utvecklas. Upptäckten var epokgörande, och Hans Spemann tilldelades Nobelpriset i fysio­logi eller medicin år 1935.

Men hur gick det för Man­gold? Hon gifte sig och fick en son. I samband med att hon skulle värma mjölk åt barnet och tände en gasolspis så skedde en explosion varvid hon omkom bara 26 år gammal. Därmed kunde hon inte komma i fråga för det Nobelpris som gavs för den epokgörande upptäckten år 1935. Hans Spemann tilldelades ensam priset »för upptäckten av organisationseffekten under den embryonala utvecklingen«. Frågan är om hon som kvinna skulle ha fått det om hon överlevt. Fysikern Lise Meitner fick inte Nobelpris år 1945 för upptäckten av tunga atomkärnors klyvning, utan det gick bara till hennes medarbetare Otto Hahn. 

Hans Spemann mottog alltså priset i Stockholm, och avslutade sin Nobelföreläsning med en Hitlerhälsning. Men Spemann var inte aktiv nazist, som Heidegger, utan kände sig troligtvis tvingad till Hitlerhälsningen och lär ha vägrat att signera med »Heil Hitler« i sina brev till universitetetsledningen. Han tvingades gå i pension och leva i inre exil fram till sin död.

En bidragande orsak till Hans Spemanns antinazistiska uppfattning kan ha varit att en av hans främsta adepter, Viktor Hamburger, avskedades på grund av sin judiska börd. Lyckligtvis befann sig denne sedan år 1932 i New York på ett Rockefeller-stipendium när han fick avskedsbrevet från universitetet i Freiburg. Hamburger åkte därför inte tillbaka till Tyskland utan stannade i USA under resten av sitt 100-åriga liv. Han hade tillhört samma dynamiska forskargrupp som Mangold i Freiburg och fortsatte att göra viktiga upptäckter rörande nervsy­stemets utveckling. 

När han tog bort en vinge hos ett kycklingfoster fann han att nerverna till vingen försvann. Han visade därmed att nerver som inte används försvinner genom celldöd. På det sättet organiseras nervsy­stemet så att bara de nerver som behövs frodas. Men hans viktigaste bidrag var att han la grunden till upptäckten av nervernas tillväxtfaktor. Han hade nämligen inbjudit Rita Levi-­Montalcini från Italien alldeles efter and­ra världskrigets slut. Hon var också av judisk börd och hade tvingats avsluta sina medicinska studier på grund av Mussolinis raslagar. Eftersom hon var utestängd från universitetet satte hon upp ett litet laboratorium i sin sängkammare, där hon studerade kycklingembryon och gjorde några viktiga observationer av hur nerverna utvecklas och kopplas till musklerna. Hamburger blev informerad om Ritas intressanta forskning, varvid han inbjöd henne till sitt laboratorium i St Louis.

På så sätt kunde studierna fortsätta i USA. Av en slump hade Hamburger och en tidigare doktorand upptäckt att om nervknutor från kycklingembryon placerades tillsammans med tumörceller så växte det ut en massa nervtrådar ungefär som solstrålar från nervknutan. Det måste alltså finnas ett ämne i tumörcellerna som stimulerar nerverna att växa. Levi-Montalcini undersökte mekanismerna genom att tillsätta ormgift, vilket användes till att stoppa den biologiska processen. Till sin häpnad fann hon i stället att det växte ut ännu fler nervtrådar. Det visade sig nämligen att ormgift innehåller stora mängder av den faktor som stimulerar tillväxten av nerver. Denna upptäckt ledde till intensiv forskning för att isolera nervtillväxtfaktorn. Kemisten Stanley Cohen engagerades, och tillsammans med Levi-Montalcini lyckades de rena nervtill­växtfaktorn. Den har sedan visat sig ha en stor betydelse för hjärnans utveckling. De båda belönades därför med Nobelpriset i fysiologi eller medicin år 1988. Hamburger, som faktiskt gjorde originalupptäckten, borde ha fått vara med och dela på priset. 

Hamburger hade en svensk gästforskare, den nyligen framlidne Lundaprofessorn Bengt Källén (1929–2021), som också gjorde en fundamental upptäckt om hur hjärnan bildas. Han undersökte notokorden hos kycklingembryon. Det är en trådliknande struktur framför ryggraden som styr hjärnans och ryggmärgens utveckling. Källén klippte av fram­ändan av notokorden, vilket medförde att anlaget till kycklinghjärnan kollapsade. Det måste finnas något signalämne, såsom Spemanns »organisatör«, som gör att framändan blåses upp och bildar hjärnhemisfärerna. Femtio år senare upptäcktes att det i framändan finns en annan tillväxtfaktor som styr denna utveckling. Denna signalmolekyl bildas av den så kallade »sonic hedgehog«-genen, alltså igelkottsgenen, en av de viktigaste generna för att styra hjärnans utveckling. Om den slås ut bildas inget huvud. Källéns upptäckt uppmärksammades av tidskriften Nature Reviews Neuroscience i en artikel med rubriken: »Sonic goes ballooning«, vilket syftar på att anlagen till hjärnhemisfärerna blåses upp som ballonger, även om de fylls med vätska i stället för luft. 

Fortfarande 100 år efter Man­golds unika experiment om hjärnans uppkomst vet vi inte exakt hur det sker. Den numera så kallade Spemann–Man­golds organisatör spelar en stor roll, men det är inte helt klart hur den stimulerar de embryonala stamcellerna till att bilda hjärn­anlaget. Och varför blir hjärnbarkens yta tio gånger större hos människan än hos  apan? 

Det allra största mysteriet är Husserls fenemenologiska problem, alltså vad det subjektiva medvetandet står för. Spemann och Mangold ansåg sig ha upptäckt den vitalistiska faktorn som besjälar embryot. Hamburger och Levi-Montalcini la grunden för hur nerverna kopplas till målorganen. Senare anatomiska studier har visat att nerverna från sinnesorganen kopplas via talamus (hjärnans relästation) till hjärnbarken efter ungefär 24 veckors graviditet hos människan. Först då är det teoretiskt möjligt att bli medveten, det vill säga bli varse om sig själv, sin kropp och omgivningen, eftersom medvetandet anses vara lokaliserat huvudsakligen till hjärnbarken. 

Från ett religiöst, och kanske också från ett platonskt, perspektiv skulle detta kunna betraktas som den tidpunkt då hjärnan besjälas, den viktigaste milstolpen i människans utveckling efter gastruleringen. Det är också fram till 24 veckors graviditet som legal abort fortfarande är tillåten i flera stater i USA. I Sverige är det 21 veckor plus 6
dagar som gäller – inte helt fel, då det kan vara bra med en viss säkerhetsmarginal med hänsyn till felräkning av graviditetslängden. 

Uppkomsten av hjärnan vid två veckors ålder må vara den viktigaste händelsen under människans utveckling, men det är först när hjärnan mognat, så att fostret kan vara medvetet, som det mänskliga livet blir sakrosankt.