Ptáci se počtem neuronů vyrovnají primátům

Ptačí mozek byl dlouhou dobu považován za poměrně primitivní. Předpokládalo se, že je téměř celý složen z tzv. bazálních ganglií, o kterých se soudilo, že jsou vývojově staré a zprostředkovávají instinktivní chování. Tento pohled však vzal v posledních dekádách zcela za své. Dnes již víme, že princip organizace ptačího mozku je dost podobný organizaci mozku savčího, a to i přes to, že na něm není patrná vrstevnatost (laminace), která je jinak typickým znakem mozkové kůry savců.

Stejně tak se kumulují důkazy i pro to, že mnozí ptáci jsou schopní vysoce komplexních kognitivních funkcí, které byly dříve přisuzovány jen některým zvláště rozvinutým savcům, především pak lidem. Jde například o schopnost využívání a výroby nástrojů, rozpoznávání sebe sama v  zrcadle, řešení problémů prostřednictvím vhledu, plánování budoucího jednání atd.

Problém je v tom, že mozky ptáků, ač v relativních měřítkách poměrně velké (encefalizační index je srovnatelný s primáty), jsou v měřítkách absolutních velmi malé. Podle dnes široce přijímaného předpokladu, že výpočetní kapacita mozku je úměrná počtu jeho neuronů a spojů mezi nimi, by tedy rozhodně neměly být příliš výkonné.

“Než jsme se pustili do zkoumání tohoto problému, existovala jakási povšechná znalost, že ptáci mají velmi malé neurony, které jsou navíc velmi hustě uspořádány. Přesná čísla však známa nebyla,” vysvětluje Mgr. Pavel Němec, Ph.D., z katedry zoologie PřF UK. Jeho tým nedávno v časopise PNAS publikoval článek, v němž výzkumníci přesně kvantifikovali počet neuronů v mozcích 28 druhů ptáků. Větší část z nich tvořili pěvci (včetně několika zástupců krkavcovitých) a papoušci. Obě tyto skupiny jsou jednak obecně považovány za velmi “chytré”, jednak jde o zástupce  “korunové skupiny” ptáků.  Pro srovnání zařadili mezi zkoumané organismy také sovu pálenou, zdivočelého holuba domácího, kura bankivského a emu hnědého jakožto zástupce méně příbuzných skupin.

Ke kvantifikaci počtu neuronů  využili metodu izotropní frakcionace, kterou zavedla brazilská neurovědkyně Suzana Herculano-Houzel. Metoda spočívá v tom, že se mozek či jeho části, které je třeba analyzovat, zhomogenizují tak, že se zničí cytoplazmatické membrány neuronů, ale jaderné membrány zůstanou zachovány. “V suspenzi jader se pak mohou jádra označit různými jaderně specifickými markery. Snadno pak odlišíme neurony od non-neuronů (většinou gliových buněk) a jejich počty můžeme přesně kvantifikovat,” popisuje Pavel Němec.

Výsledky výzkumu byly velmi jednoznačné. Ptáci mají vysoké neuronální hustoty, podstatně vyšší než savci. “Je to způsobeno tím, že buňky jsou jednak menší, jednak jsou více “natěsnány” na sebe,” vysvětluje Pavel Němec. Výzkum několika hlavních částí mozku navíc ukázal, že neurony jsou v ptačích mozcích také jinak distribuovány. “U savců, včetně lidí, je většina neuronů v mozečku. U člověka například mozková kůra tvoří přibližně 80 % hmotnosti mozku, ale obsahuje méně než 20 % všech neuronů. Naopak mozeček tvoří přibližně 10 % hmotnosti mozku, ale soustřeďuje se v něm 80 % všech neuronů. Poměr rozložení neuronů mezi oběma částmi je víceméně konstantní i při mezidruhovém srovnání. Situace u ptáků je jiná. Většina jejich neuronů se nalézá v koncovém mozku, který je zodpovědný za pokročilejší nervové funkce. Navíc se zvětšováním mozku přibývají neurony v koncovém mozku rychleji než v ostatních částech. U některých papoušků je v koncovém mozku více než 80 % všech neuronů. Důsledkem toho je, že v absolutních číslech se ptáci dostávají na takové počty neuronů v koncovém mozku, jichž jinak dosahují savci s mozky podstatně většími. Například ara ararauna má v koncovém mozku více neuronů než makak rhesus nebo žirafa,” shrnuje výsledky studie Pavel Němec.  

Michal Andrle

Ohlasy článku v mezinárodních médiích naleznete ZDE. 

Úvodní foto: 

Alexandr velký (Psittacula eupatria), foto: Neerav Bhatt, úpravy: Radim Kacer

https://creativecommons.org/licenses/by-nc-sa/2.0/