Az állatok hosszú ideig gerinc, fej és agy nélkül éltek, idegrendszerük sejtjei pedig nagyjából egyenletesen oszlottak el a testükben. Az evolúció során azonban az idegsejtek fokozatosan a test elülső részén kezdtek összpontosulni, gyors és megbízható kapcsolatot teremtve az érzékszervekkel. Ebből az idegdúcból később valódi agy fejlődött ki, amelyet fej vett körül, és a gerincvelő kapcsolt össze a testtel.
Egy európai kutatócsoport ennek a folyamatnak a legkorábbi lépéseit vizsgálta. A Nature folyóiratban ismertetett eredményeik szerint egy ősi, az evolúció során alig változó gén egyaránt szerepet játszik a primitív gerinchúrosok faroki idegdúcának és az összetettebb állatok feji idegdúcának kialakulásában.
Ute Rothbächer, az Innsbrucki Egyetem kutatója és ausztriai, illetve más országokban dolgozó kollégái a Ciona intestinalis nevű zsákállatot tanulmányozták. Ezek a rendkívül egyszerű felépítésű tengeri gerinchúrosok külsőre inkább zsákszerű szivacsokra vagy csalánozókra emlékeztetnek. A gerinchúrosokra jellemző tulajdonságaik csak lárvakorukban ismerhetők fel: ekkor aktívan úsznak a farkukkal, amelyben rövid időre gerinchúr alakul ki.
A lárvák faroki idegdúcának bipoláris idegsejtjei az érző- és mozgatóidegsejteket kapcsolják össze. Ez a kezdetleges rendszer a későbbi agy legegyszerűbb megfelelőjének tekinthető.
A kutatók megállapították, hogy e bipoláris idegsejtek fejlődését a Hmx gén indítja el. Ugyanez a gén más, összetettebb gerinchúrosoknál a feji idegdúc kialakulásának korai szakaszában működik.
A Hmx egy homeobox nevű szakaszt tartalmaz, amely lehetővé teszi, hogy a gén által kódolt szabályozó fehérje a DNS-hez kapcsolódjon, és befolyásolja a génkifejeződést. A homeoboxot tartalmazó gének számos más gén működését irányítják, és ezzel szervek, illetve szövetek fejlődési programjait indítják el. Mivel alapvető folyamatokat szabályoznak, az evolúció során rendszerint erősen konzerváltak, vagyis csak kevéssé változnak.
A Hmx az ingolák feji idegdúcának kialakulását is meghatározza. Az ingolák szintén primitív gerinchúrosok, de már a gerincesekre emlékeztetnek: jól elkülönül az elülső és a hátulsó testvégük, fejlett gerinchúrjuk van, feji idegdúcuk pedig egyes részleteiben szinte valódi agyként fejlődik.
A gén működésének általános érvényét géncserés kísérletekkel vizsgálták. A kutatók kikapcsolták a Hmx gént a zsákállatokban, majd az ingolából származó megfelelőjével helyettesítették. A Ciona farkában így is kialakultak a bipoláris idegsejtek. A fordított kísérlet szintén működött: az ingolában a zsákállat Hmx génje elindította a feji idegdúc fejlődését.
Alessandro Pennati, a tanulmány egyik szerzője szerint ezzel sikerült igazolni, hogy a Hmx központi szerepű, az evolúció során kivételesen jól megőrződött gén. Szerkezete és feladata már a gerincesek és a zsákállatok közös ősében kialakulhatott.
