Znajdź zawartość

Naukowcy z MIT ze zdumieniem zauważyli, że ludzkie neurony mają mniejsze niż można by się spodziewać zagęszczenie kanałów jonowych w porównaniu z innymi ssakami. Kanały jonowe wytwarzają impulsy elektryczne, za pomocą których neurony się komunikują. To kolejne w ostatnim czasie zdumiewające spostrzeżenie dotyczące budowy mózgu. Niedawno informowaliśmy, że zagęszczenie synaps z mózgach myszy jest większe niż w mózgach małp. Naukowcy wysunęli hipotezę, że dzięki mniejszej gęstości kanałów jonowych ludzki mózg wyewoluował do bardziej efektywnej pracy, co umożliwia mu zaoszczędzenie energii na potrzeby innych procesów wymaganych przy złożonych zadaniach poznawczych. Jeśli mózg może zaoszczędzić energię zmniejszając zagęszczenie kanałów jonowych, może tę zaoszczędzoną energię użyć na potrzeby innych procesów, stwierdził profesor Mark Harnett z McGovern Institute for Brain Research na MIT. Wraz z doktorem Lou Beaulieu-Laroche'em porównywali neurony wielu gatunków ssaków, szukając w nich wzorców leżących u podstaw ekspresji kanałów jonowych. Badali dwa rodzaje zależnych od napięcia kanałów potasowych oraz kanał HCN neuronów piramidowych w V warstwie kory mózgowej. Naukowcy badali 10 ssaków: ryjówki etruskie, suwaki mongolskie, myszy, szczury, króliki, marmozety, makaki, świnki morskie, fretki oraz ludzkie tkanki pobrane od pacjentów z epilepsją. Przeprowadzili najszerzej zakrojone badania elektrofizjologiczne tego typu. Uczeni odkryli, że wraz ze zwiększeniem rozmiarów neuronów, zwiększa się gęstość kanałów jonowych. Zależność taka istnieje u 9 z 10 badanych gatunków. Gatunki o większych neuronach, a zatem zmniejszonym stosunku powierzchni do objętości, mają zwiększone przewodnictwo jonowe błon komórkowych. Wyjątkiem od tej reguły są ludzie. To było zdumiewające odkrycie, gdyż wcześniejsze badania porównawcze wykazywały, że ludzki mózg jest zbudowany tak, jak mózgi innych ssaków. Dlatego też zaskoczyło nas, że ludzkie neurony są inne, mówi Beaulieu-Laroche. Uczeni przyznają, że już sama zwiększająca się gęstość kanałów jonowych była dla nich zaskakująca, jednak gdy zaczęli o tym myśleć, okazało się to logiczne. W mózgu małego ryjówka etruskiego, który jest upakowany bardzo małymi neuronami, ich zagęszczenie w danej objętości jest większe, niż w mózgu królika, który ma znacznie większe neurony. Jednak jako że neurony królika mają większe zagęszczenie kanałów jonowych, to na daną objętość mózgu u obu gatunków zagęszczenie kanałów jonowych jest takie samo. Taka architektura mózgu jest stała wśród dziewięciu różnych gatunków ssaków. Wydaje się, że kora mózgowa stara się zachować tę samą liczbę kanałów jonowych na jednostkę objętości. To oznacza, że na jednostkę objętości kory mózgowej koszt energetyczny pracy kanałów jonowych jest taki sam u różnych gatunków. Wyjątkiem okazuje się tutaj mózg człowieka. Naukowcy sądzą, że mniejsze zagęszczenie kanałów jonowych w mózgach H. sapiens wyewoluowało jako sposób na zmniejszenie kosztów energetycznych przekazywania jonów, dzięki czemu mózg mógł wykorzystać tę energię na coś innego, na przykład na tworzenie bardziej złożonych połączeń między neuronami. Sądzimy, że w wyniku ewolucji ludzki mózg „wyrwał się” spod tego schematu, który ogranicza wielkość kory mózgowej i stał się bardziej efektywny pod względem energetycznym, dlatego też w porównaniu z innymi gatunkami nasze mózgu zużywają mniej ATP na jednostkę objętości, mówi Harnett. Uczony ma nadzieję, że w przyszłości uda się określić, na co zostaje zużyta zaoszczędzona przez mózg energie oraz przekonamy się, czy u ludzi istnieją jakieś specjalne mutacje genetyczne, dzięki którym neurony w naszej korze mózgowej mogą być bardziej wydajne energetycznie. Naukowcy chcą też sprawdzić, czy zjawisko zmniejszenie gęstości kanałów jonowych występuje również u innych naczelnych. « powrót do artykułu

Ssaki o dużych mózgach zwykle występują z mniejszej liczbie w danej lokalizacji niż ssaki o mniejszych mózgach, wynika z najnowszych badań. Naukowcy z University of Reading stali na czele międzynarodowej grupy, której celem było zbadanie, dlaczego lokalne populacje takich ssaków jak myszy, małpy, kangury i lisy tak bardzo różnią się liczebnością na lokalny obszarach, nawet jeśli mamy do czynienia z podobnymi gatunkami. Uczeni wykorzystali metody statystyczne do przebadania różnych scenariuszy dla setek gatunków i stwierdzili, że ogólny trend dla ssaków jest taki, że im gatunek ma większy mózg, w tym mniejszym zagęszczeniu występuje. Gdy np. rozważamy dwa gatunku i podobnej diecie i masie ciała, okazuje się, że to wielkość mózgu jest wskazówką co do zagęszczenia zwierząt na danym obszarze. Większe mózgi kojarzą się z większą inteligencją. W tym przypadku to większe mózgi powstrzymują zwierzęta przed życiem w zbyt dużym zagęszczeniu. Może mieć to związek z faktem, że większy mózg wymaga więcej żywności i innych zasobów, a zatem potrzebuje więcej przestrzeni, by zaspokoić te potrzeby, mówi doktor Manuela Gonzalez-Suarez, która stała na czele grupy badawczej. Zrozumienie, dlaczego na różnych obszarach występuje różne zagęszczenie zwierząt jest istotne z punktu widzenia ich ochrony. Mniejsze zagęszczenie powoduje, że gatunek bardziej jest narażony na wymarcie, z drugiej strony większe lokalne zagęszczenie zwiększa ekspozycję gatunku na takie zagrożenia, jak istnienie dróg, dodaje. Bardzo interesująco wypada porównanie zagęszczenia, masy ciała i masy mózgu. Otóż przeciętna mysz waży 0,016 kilograma, jej mózg ma wagę 0,0045 kg, a gatunek żyje w niezwykle dużym zagęszczeniu wynoszącym 600 osobników na km2. W dużym zagęszczeniu 86 osobników na km2 żyją też wiewiórki. To zwierzęta warzące 0,325 kg, których masa mózgu wynosi 0,006 kg. Powszechnie występującym zwierzęciem jest też lis rudy (2,6 osobnika na km2), ssak ważący 4,3 kg o masie mózgu 0,047 kg. Z kolei makak berberyjski (11 kg masy ciała, 0,095 kg masy mózgu) występuje w liczbie 36 osobników na km2. Natomiast tygrys, który waży 185 kg i ma mózg o masie 0,276 kg występuje w liczbie 0,14 osobnika na km2. Podobnie zresztą 4-tonowy słoń z mózgiem o masie 4,5 kg, którego liczebność na obszarach występowania to 0,58 osobnika na km2. Ze schematu tego wyraźnie wyłamuje się człowiek. Lokalne zagęszczenie naszego gatunku bardzo się różni, dochodząc do 26 000 osobników na km2 w Monako. Wielkość mózgu nie jest jedynym czynnikiem decydującym o zagęszczeniu ssaków. Różne środowiska mają różne stabilność oraz różne gatunki konkurujące, więc to również ma wpływ. Konieczne są dalsze badania nad wpływem rozmiarów mózgów w różnych środowiskach, stwierdzają autorzy badań. Naukowcy zauważają też, że istnieją wyraźne wyjątki od reguły. Na przykład ludzie wykorzystali inteligencję do pokonania problemu ograniczonej ilości zasobów na danym terenie. Możemy importować żywność z całego świata co teoretycznie pozwala nam żyć w wielkiej liczbie w dowolnym miejscu na Ziemi. Niektóre inteligentne gatunki również mogły częściowo poradzić sobie z tymi ograniczeniami, stwierdzają badacze. Na potrzeby badań naukowcy wzięli pod lupę 656 nielatających ssaków lądowych. Związek wielkości mózgu z zagęszczeniem populacji jest szczególnie widoczny wśród ssaków mięsożernych oraz naczelnych, a mniej widoczny wśród gryzoni i torbaczy. Przykładem takich oczywistych zależności może być porównanie makaków berberyjskich z siamangiem wielkim. Oba gatunki małp mają podobną dietę i podobną masę ciała. Jednak mózg makaka waży 95 gramów, a zwierzę występuje w zagęszczeniu 36 osobników na km2. Z kolei mózg siamanga waży 123 gramy, a zagęszczenie populacji wynosi 14 osobników na km2. « powrót do artykułu