Kredit:Pixabay/CC0 Public Domain
Fåglar har imponerande kognitiva förmågor och visar en hög nivå av intelligens. Jämfört med däggdjur av ungefär samma storlek innehåller fåglarnas hjärnor också många fler neuroner. Nu rapporteras en ny studie i Current Biology den 8 september hjälper det till att förklara hur fåglar har råd att behålla fler hjärnceller:deras neuroner klarar sig på mindre bränsle i form av glukos.
"Det som förvånade oss mest är inte i sig att neuronerna förbrukar mindre glukos - detta kunde ha förväntats av skillnader i storleken på deras neuroner", säger Kaya von Eugen vid Ruhr University Bochum, Tyskland. "Men storleken på skillnaden är så stor att storleksskillnaden inte kan vara den enda bidragande faktorn. Detta innebär att det måste finnas något ytterligare i fågelhjärnan som gör att de kan hålla kostnaderna så låga."
En landmärkestudie 2016 visade att fågelhjärnan innehåller många fler neuroner jämfört med en däggdjurshjärna av samma storlek, förklarade forskarna. Eftersom hjärnor i allmänhet består av energiskt kostsam vävnad, väckte det en kritisk fråga:hur kan fåglar stödja så många neuroner?
För att besvara denna fråga satte von Eugen och kollegor ut för att bestämma den neuronala energibudgeten för fåglar baserat på studier på duvor. De använde avbildningsmetoder som gjorde det möjligt för dem att uppskatta glukosmetabolismen hos fåglarna. De använde också modelleringsmetoder för att beräkna hjärnans ämnesomsättning och glukoskonsumtion.
Deras studier fann att duvans hjärna förbrukar en förvånansvärt låg mängd glukos (27,29 ± 1,57 μmol glukos per 100 g per minut) när djuret är vaket. Det leder till en förvånansvärt låg energibudget för hjärnan, särskilt när man jämför den med däggdjur.
Det betyder att nervceller i fågelhjärnan förbrukar tre gånger mindre glukos än de i däggdjurshjärnan i genomsnitt. Med andra ord är deras nervceller, av skäl som ännu inte är klarlagda, billigare.
Von Eugen säger att det är möjligt att skillnaderna är relaterade till fåglarnas högre kroppstemperatur eller den specifika utformningen av deras hjärnor. Fågelhjärnan är också i genomsnitt mindre än däggdjurshjärnan. Men deras hjärnor behåller imponerande kapacitet, kanske delvis på grund av deras billigare men fler nervceller.
"Vårt fynd förklarar hur fåglar kan stödja ett så stort antal neuroner utan att kompromissa med processorkraft", säger von Eugen. "I den långa parallella utvecklingen av fåglar och däggdjur utvecklade fåglar mindre hjärnor med ett stort antal neuroner som är kapabla till avancerad kognitiv prestation. Och det verkar som om den kombinerade effekten av fågel-distinkta element - liten neuronstorlek, hög kroppstemperatur och fågel-hjärna-specifik layout – kan ha genererat en möjlig fördel i neuronal bearbetning av information med högre effektivitet:billiga neuroner med avancerad bearbetningskapacitet."
Forskarna säger att de nu vill förstå mer om hur fåglarnas nervceller förbrukar mindre glukos. Medan de har idéer om hur det kan fungera, behövs ytterligare studier och tester för att avslöja "den exakta mekanistiska förklaringen av hur fåglar uppnår en så högre effektivitet av neuronal bearbetning." + Utforska vidare
