Sendu inn spurningu

Hér getur þú sent okkur nýjar spurningar um vísindaleg efni.

Hafðu spurninguna stutta og hnitmiðaða og sendu aðeins eina í einu. Einlægar og vandaðar spurningar um mikilvæg efni eru líklegastar til að kalla fram vönduð og greið svör. Ekki er víst að tími vinnist til að svara öllum spurningum.

Persónulegar upplýsingar um spyrjendur eru eingöngu notaðar í starfsemi vefsins, til dæmis til að svör verði við hæfi spyrjenda. Spurningum er ekki sinnt ef spyrjandi villir á sér heimildir eða segir ekki nægileg deili á sér.

Spurningum sem eru ekki á verksviði vefsins er eytt.

Að öðru leyti er hægt að spyrja Vísindavefinn um allt milli himins og jarðar!

=

doktor.is

Hvernig þróaðist heilinn í hryggdýrum?




Talið er að hryggdýr hafi komið fram fyrir um 500 milljónum ára. Mikil tegundaútgeislun (lesa má um tegundaútgeislun í svari sama höfundar við spurningunni Hvað geturðu sagt mér um þróun apa?) varð meðal fiska fyrir um 400 milljónum ára og um 50 milljónum árum síðar varð mikil fjölgun nýrra tegunda meðal frosk- og skriðdýra.

Miðlífsöldin (oft nefnd öld skriðdýranna), varði frá 240-65 milljón árum síðan og þá voru risaeðlur (Dinosauria) ráðandi tegundir á jörðinni. Einhvern tímann á þessu tímabili komu einnig fram spendýr og fuglar. Við lok miðlífsaldar hurfu risaeðlurnar og gríðarleg tegundaútgeislun varð meðal fugla og spendýra. Tugir þúsunda nýrra tegunda komu fram á næstu 65 milljón árum, allt fram til nútímans (nýlífsaldar í jarðsögunni).



Hlutfallsleg stærð heila í mismunandi hryggdýrum (og hópum spendýra) eftir tíma (í millj. ára). Þar sést að hlutfallið er hæst meðal manna og hversu lítið það hefur breyst meðal „lægri hryggdýra“, það er annarra hryggdýra en fugla og spendýra. Samkvæmt rannsóknum H. A. Janisons hefur hlutfallsleg aukning orðið á stærð heila innan mismunandi hópa spendýra, til dæmis rándýra og apa. Þau útdauðu spendýr (e. archaic mammals) sem rannsökuð voru reyndust vera með lægra hlutfall en núlifandi spendýr. Þessi mynd er afar merkileg fyrir margra hluta sakir, svo sem hversu vel höfrungar koma útúr þessum rannsóknum.

Vísindamenn þeir sem hafa stundað rannsóknir á þróun heilans hjá hryggdýrunum á þessu langa tímabili, hafa greint ákveðin stökk í þróuninni. Eduoard Lartet (1801-1871), franskur steingervingafræðingur sem sérhæfði sig í steingervingafræði hryggdýra, tók eftir því að hlutfallsleg stærð heilans minnkaði miðað við stærð hauskúpu hjá flestum hópum dýra, eftir því sem aftar í jarðsöguna var farið. Othniel Marsh (1831-1899), hinn kunni bandaríski steingervingafræðingur, tók undir þetta atriði og setti fram lögmál um það sem nefnt var í höfuðið á honum: „Lögmál Marsh“. Bandaríski fræðimaðurinn Harry J. Jerison hefur manna mest rannsakað þetta svið nú á dögum, og hefur sett fram ýmsar kenningar um þróun heilans í mismunandi hryggdýrum.

Heilar þeirra hryggdýrahópa, sem hafa lifað við svipuð skilyrði í hundruð milljóna ára, svo sem fiska, hafa samkvæmt rannsóknum Jerison ekki tekið miklum breytingum í stærð eða byggingu.

Líffræðingar skipta heilanum í þrjá hluta, framheila, miðheila og afturheila, og er talsverður aðskilnaður á milli þessara hluta í „lægri“ hryggdýrum, svo sem fiskum og froskdýrum. Elstu dæmin sem Jerison og samverkamenn hans hafa skoðað, eru af steingerðum leifum fisks sem er 425 milljón ára gamall.

Frekari þróun verður meðal þeirra hryggdýra sem námu land (sjá svar sama höfundar við spurningunni Hvernig þróaðist líf á fornlífsöld?) en Jerison hefur staldrað við miðlífsöldina. Eins og fram kom hér að ofan voru risaeðlur ráðandi dýr á því tímabili. Þótt ekki sé vitað hvort þær voru með heitt eða kalt blóð, er víst að þær voru kvikastar yfir daginn. Fyrstu spendýrin, sem þróuðust frá ákveðnum hópi skriðdýra, tóku hinsvegar athyglisverðum breytingum hvað líffærafræði heilans varðar.

Spendýr hafa að öllum líkindum komið fram fyrir um 150 milljón árum og voru þau fyrstu smávaxin, líktust helst litlum nagdýrum, og voru einungis á ferli á næturna við fæðuleit. Yfir daginn voru þau í skjóli fyrir risaeðlum. Það að aðlagast næturlífi reyndi mikið á skynjun dýranna. Mikil þróun varð í heyrnar- og þefskynjun, og einnig á ákveðnum þáttum í sjónskynjun, til dæmis má nefna þróun ljósnæmra fruma (stafa) í sjónu augna þeirra. Þetta þróunarskref var mikilvægt fyrir spendýrin til að byggja sér þrívíðan skynheim. Heyrnin var til þess fallin að greina hljóð og meta úr hvaða fjarlægð þau bárust, og þefskynið lék einnig mikilvægt hlutverk við upplýsingaöflun úr nánasta umhverfi.

Jerison nefnir uppbyggingu þessa skynheims spendýra, upphaf líffræðilegrar greindar (e. biological intelligent). Tilkoma þessa hæfileika kallaði fram mikið stökk í þróun á hreyfitaugakerfinu, sem og hina afburða hreyfifærni sem spendýr hafa öðlast í krafti náttúruvals.



Samanburður á hlutfallslegri stærð heila miðað við stærð líkama meðal fjögurra hópa hryggdýra (fugla, spendýra, fiska og skriðdýra). Þessi mynd sýnir glögglega þann mun sem er á heila fugla og spendýra miðað við hin „lægri“ hryggdýr, það er fiska og skriðdýr.

Þegar teknar eru saman þær heildrænu breytingar sem urðu á líffærafræði heilans, þá sést að heilinn stækkaði hlutfallslega í fyrstu spendýrunum, samanborið við heilabú áa þeirra, skriðdýranna.

Skriðdýr og froskdýr hafa reitt sig á tvívíða sjón sem hefur hentað þeim ágætlega í tæp 350 milljón ár. En sá litli hópur skriðdýra, sem varð undir í samkeppni við stórvaxnari og sterkari skriðdýr miðlífsaldar lifði í skjóli og skugga næturinnar. Sú aðlögun ýtti undir þróun spendýra.

Stækkun heilans hjá spendýrum á sérstaklega við um fram- og miðheila. Í miðheilanum eru stjórnstöðvar fyrir sjón og samhæfingu vöðva, fyrir lífeðlisfræðilega stjórnun og seyti á taugahormónum sem stjórna árstíðabundinni tímgun. Þetta svæði er áberandi vel þróað meðal spendýra og er risavaxið í samanburði við sambærileg svæði skriðdýranna.

Meðal spendýra skera prímatar sig frá hvað varðar stærð og umfang yfirborðs heilabarkarins (e. cortex). Eins og öllum ætti að vera ljóst, er þetta mest áberandi hjá okkur mannfólkinu (Homo sapiens) og er hlutfallsleg þyngd mannsheilans um þrisvar sinnum meiri en hjá öðrum spendýrum af sambærilegri stærð, eða um 1.400 grömm.

Athyglisverðar greinar hafa verið að berast upp á síðkastið um virkni þess hluta heilans í mönnum sem við höfum „fengið í arf“ frá skriðdýrunum. Þetta eru svæði heilans sem stjórna hræðsluviðbrögðum og öðrum grunntilfinningum, meðal annars í randkerfinu (limbíska kerfinu). Þessi stjórnun hefur ekki mikið breyst í tug, ef ekki hundruða, milljóna ára þróunarsögu hryggdýra. Ónefndur fræðimaður tók svo til orða að nýjasti hluti mannsheilans í þróunarsögunni, nýbörkurinn (e. neocortex), væri sá hluti sem stýrði hæfileikum okkar til að ná fram jafnvægi á milli frumstæðari hluta heilans (skriðdýraheilans) og þess þróaðri (spendýraheilans!): „Heilabörkurinn er það sem gerir okkur að mönnum (greind, rökhugsun og minni) en sumir prímatar eru komnir vel á veg með þennan hæfileika, svo sem simpansar, þó tilfinnanlega skorti upp á að þeir standi jafnfætis okkur.“ Aðrir fræðimenn hafa bent á að fíkn eigi sér rót í truflunum í randkerfi heilans (sem er hluti af frumstæða skriðdýraheilanum innst í heila okkar).

Heimildir og myndir:

Útgáfudagur

21.2.2003

Spyrjandi

Árni Guðjónsson

Höfundur

Jón Már Halldórsson

Jón Már Halldórsson

líffræðingur

Tilvísun

Jón Már Halldórsson. „Hvernig þróaðist heilinn í hryggdýrum?“. Vísindavefurinn 21.2.2003. http://visindavefur.is/?id=3160. (Skoðað 24.11.2014).

Sendu inn spurningu
eða

Vísindadagatalið

Charles Darwin

1809-1882

Enskur náttúrufræðingur, höfundur þróunarkenningarinnar, setti fyrstur fram skýra kenningu um náttúruval sem orsök þróunar. Bók hans, Uppruni tegundanna, kom fyrst út árið 1859.