Egy új mikroszkópos technika lehetővé tette, egy fonalféreg a Caenorhabditis elegans egyes idegsejtjeinek növekedésének nyomon követését. A Rockefeller Egyetem kutatói pedig egy szintén megtévesztően egyszerű kérdést tettek fel: "Milyen hosszúra kell nőnie egy féreg idegsejt nyúlványainak?" A férgek pedig válaszoltak: "Elég hosszúnak, hogy elérjék a célpontjukat."
A kutatók meglepő eredményre jutottak: ahelyett, hogy a faágszerűen - előrefelé nyúlva - nőnének, egyes idegsejtek nyúlványai célpontjukkal ellentétes irányba nőve, mintegy lehorgonyozzák és kifeszítik nyúlványaikat a sejtet elhagyva. A Shai Shaham a tanulmány és a Fejlődéstani Genetikai Laboratórium vezetője, valamint Maxwell Heiman társkutató nem csak azt, az ősrégi kérdést veszik célba, miként nyeri el egy idegsejt az alakját, hanem azt annak a genetikai programnak a mikéntjét is, mely lehetővé teszi az agy kapcsolatainak kialakítását és fejlődése során bekövetkező növekedését, ez utóbbi pedig megváltoztathatja a tudósoknak az idegrendszer kialakulásáról eddig alkotott képét.
"Amikor a laboratóriumba érkeztem, úgy gondoltam az agyat egy házhoz hasonlóan kéne felépíteni" - mondta Heiman. "A sejt lemérné a távolságot a sejttest és a célpontja között, majd kiválasztaná a megfelelő hosszúságú nyúlványát. Jelenleg azonban már egyáltalán nem ilyen fizikai térkép alapján gondolkodom. Egy olyan térképre gondolok, melyen kapcsolatok szerepelnek, ahol ezek az idegsejt és idegsejt valamint az idegsejt és horgonyzási pontjai között lévő, kapcsolatok felelnek meg azoknak a pontoknak melyeket a rendszer megtervez."
Mivel Heiman és Shaham arra voltak kíváncsiak, miként nyeri el alakját az idegsejt, vegyszerek segítségével idéztek elő véletlen génmutációkat és a több ezer kísérleti állat megfigyelése közben igyekeztek felfedezni azokat, melyekben az idegsejtek abnormális alakot vettek fel. Elsősorban arra a tizenkét érző neuronból álló sejtcsoportra koncentráltak, melyek nyúlványai a férgek feji végében elhelyezkedő érzékelő szervében, az úgynevezett amphid-ban találkoznak. Ezek az idegsejt nyúlványok veszik fel az információt a külvilágból és határozzák, meg miként válaszol azokra a féreg.
A dex-1 és dyf-7 nevezetű gén volt az, amire a kutatók felfigyeltek. Amennyiben az állatokban akár csak az egyik gén hibás volt, megfigyelhetővé vált, hogy bár az említett idegsejtek normálisan vándoroltak ki a feji végből, a dendritek nem voltak lehorgonyozva. Ehelyett ezeket a sejttest maga után húzta, ezzel rendellenesen rövid idegsejt nyúlványokat eredményezve. Amikor a különféle fehérjék funkcióit vizsgálták, azt találták, hogy a sejtek olyan mátrixot hoznak létre, melyhez a dendritek ki tudnak horgonyzódni. Az idegsejtet a kihorgonyzó mátrix nélkül, a nyúlványok nem alakulnak ki megfelelően.
A két fehérje, mint kiderült rendkívüli módon hasonlít azokhoz a fehérjékhez, melyek az emberi belsőfül, hangok érzékeléséért felelős szőrsejtjeinek kihorgonyzását biztosítják. "Ez volt számunkra a második meglepetés" - mondta Heiman. "Mármint, hogy létezik ez az evolúciós kapcsolat egy féreg érzékszerve és egy emberi érzékszerv közt. De míg a féreg esetében a horgony azt a célt szolgálja, hogy megakadályozza a sejtek elvándorlását, az emberi fülben ugyanez a horgony teljesen más célt szolgál."
A tudósok elmélete szerint az agy a kapcsolati rendszer szerint alakítja ki kapcsolatait, nem pedig a sejtek közti abszolút távolság szerint. Ez megmagyarázza, miként képes az agy növekedése lépést tartani a test növekedésével. "Amint a féreg növekszik, a sejtek nyúlványai egyre hosszabbakká válnak és a sejttestek egyre távolabb kerülnek a szinapszistól" - mondta Shaham. "A korábban kialakult kapcsolódási pontok viszont nem változnak."
