Erstaunlich sparsame Vogelgehirne

Durch Untersuchungen an Tauben haben Forscher weiteres Licht auf die Geheimnisse der Gehirne von Vögeln geworfen.
© Tracielouise/iStock

Klein, aber oho: Forscher haben neue Einblicke in die Grundlagen der oft hohen Leistungsfähigkeit von Vogelgehirnen gewonnen. Sie können sich offenbar eine hohe Nervenzell-Dichte leisten, da ihre Neuronen im Vergleich zu denen der Säugetiere mit dreimal weniger Energie auskommen. Dies geht aus einer Analyse des Glukoseverbrauchs in den Gehirnen von Tauben hervor. Worauf diese hohe Energieeffizienz genau beruht, ist nun eine spannende Frage der Hirnforschung.

„Du Spatzenhirn!“ Wenig Masse bedeutet geringe Leistung – gemäß dieser simplen Formel galten Vögel lange als eher „schwachköpfig“. Doch in den letzten Jahren haben zahlreiche Studien dies klar widerlegt: Die kognitiven Fähigkeiten entsprechen denen der Säugetiere häufig oder übertreffen sie sogar und auch ausgesprochene Schlauköpfe hat die Vogelwelt zu bieten: Die Intelligenz einiger Raben- und Papageienvögel lässt sich sogar mit der von Primaten vergleichen. Dies warf die Frage auf, wie die eher kleinen Vogelgehirne solchen Verstand hervorbringen können. Beispielsweise nehmen die etwa 10 bis 20 Gramm leichten Gehirne von Krähen und Papageien es problemlos mit den 400 Gramm schweren Denkorganen der Schimpansen auf. Dabei spielt zwar das Verhältnis von Gehirn- und Körpermasse eine entscheidende Rolle – aber auch das ist bei Vögeln tendenziell deutlich geringer als bei Säugetieren.

Wie können sich Vögel so viel Grips leisten?

Grundsätzlich beruht das Geheimnis der Leistungskraft der eher kleinen Vogelgehirne offenbar auf einer hohen Nervendichte bei vergleichsweise kleinen Neuronen, hat eine frühere Studie bereits gezeigt. Unterm Strich kommt sogar ein Plus heraus: Einige Vogelarten besitzen zwei- bis dreimal so viele Nerven im Gehirn wie viele gleichgroße Säugetiere. Daraus ergab sich allerdings wiederum eine neue Frage: Wie können Vögel sich das energetisch leisten? Denn Nervengewebe ist extrem kostspielig. Der Mensch repräsentiert dabei das Extrem: Unser Gehirn macht nur etwa zwei Prozent unseres Körpergewichts aus, verbraucht aber etwa 20 bis 25 Prozent der gesamten Körperenergie. „Das Gehirn ist damit das mit Abstand energetisch teuerste Organ unseres Körpers und wir konnten es uns im Laufe der Evolution nur leisten, indem wir lernen konnten, uns erfolgreich sehr viel Energie zuzuführen“, sagt Onur Güntürkün von der Ruhr-Universität Bochum.

Das gilt auch für andere Tiere: Die energetischen Kosten begrenzten die Zunahme der Anzahl der Neuronen. Doch warum ist bei Vögeln diese Grenze offenbar weiter gesteckt als bei Säugern? Um dieser Frage nachzugehen, nahmen Güntürkün und seine Kollegen den Energieverbrauch der Gehirne von Tauben unter die Lupe. Dabei ist zu betonen, dass auch diese oft unterschätzen Vögel beachtliche kognitive Fähigkeiten besitzen. Bei der Studie kam die bildgebende Methode der Positronen-Emissions-Tomografie zum Einsatz: Durch ein spezielles Kontrastmittel erfassten die Wissenschaftler, wie viel „Treibstoff“ die Nervenzellen im Gehirn der Tauben in Form von Glukose im wachen oder narkotisierten Zustand verbrauchten.

Erstaunlich geringer Energiebedarf

Ihre Auswertungen und Modellierungen des Energieverbrauchs ergaben: Im Wachzustand benötigt das Gehirn der Taube nur 27 Mikromol Glukose pro 100 Gramm neuronalen Gewebes. „Heruntergebrochen auf die einzelnen Nervenzellen ergibt dies eine dreimal niedrigere Rate als bei einem durchschnittlichen Säugetierneuron“, schreiben die Forscher. „Was uns dabei überrascht hat, ist nicht, dass die Nervenzellen überhaupt weniger Glukose verbrauchen – das war aufgrund ihrer kleineren Größe zu erwarten“, so Güntürkün. „Aber dass der Unterschied so groß ist, bedeutet, dass Vögel zusätzliche Mechanismen besitzen, die den Energieverbrauch der Nervenzellen senken“, erklärt der Wissenschaftler. Dem Team zufolge lassen sich die Ergebnisse bei den Tauben vermutlich auch auf andere Vogelarten übertragen. „Unsere Studie fügt sich in eine wachsende Zahl von Studien ein, die zeigen, dass Vögel in der Evolution einen eigenen und sehr erfolgreichen Weg zur Entstehung intelligenter Gehirne entwickelt haben“, sagt Güntürkün.

Die Erstautorin der Studie, Kaya von Eugen Kaya von der Ruhr-Universität Bochum, führt dazu weiter aus: „In der langen parallelen Evolution von Vögeln und Säugetieren haben Vögel kleinere Gehirne mit einer hohen Anzahl von Neuronen entwickelt, die zu fortgeschrittenen kognitiven Leistungen in der Lage sind. Und es scheint, dass die kombinierte Wirkung von vogelspezifischen Elementen zu einem möglichen Vorteil bei der neuronalen Verarbeitung von Informationen mit höherer Effizienz geführt hat: zu energiesparenden Neuronen mit fortgeschrittener Verarbeitungskapazität“, so die Forscherin.

Was genau hinter der Sparsamkeit der Vogelneuronen steckt, bleibt bisher allerdings unklar. „Das könnte zum Teil mit der höheren Körpertemperatur von Vögeln zusammenhängen, aber wahrscheinlich auch mit zusätzlichen Faktoren, die derzeit noch völlig unbekannt sind“, sagt Güntürkün. Deshalb wollen die Wissenschaftler nun weitere Untersuchungen durchführen, um „die genaue mechanistische Erklärung dafür zu finden, wie Vögel ihre erhöhte Effizienz bei der neuronalen Verarbeitung erreichen.“

Quelle: Ruhr-Universität Bochum, Fachartikel: Current Biology, doi: 10.1016/j.cub.2022.07.070

Kluge Vögel – Die Werkzeugmacher

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(mfe)

Source: Erstaunlich sparsame Vogelgehirne
Kluge Vögel – Die Werkzeugmacher 35.mp4 – YouTube

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