Fugleneuroner bruger tre gange mindre glukose end pattedyrneuroner

Fugle har imponerende kognitive evner og viser et højt niveau af intelligens. Sammenlignet med pattedyr af omtrent samme størrelse indeholder fuglenes hjerner også mange flere neuroner. Nu er en ny undersøgelse rapporteret i Current Biology den 8. september er med til at forklare, hvordan fugle har råd til at opretholde flere hjerneceller:deres neuroner klarer sig på mindre brændstof i form af glukose.

"Det, der overraskede os mest, er ikke i sig selv, at neuronerne forbruger mindre glukose - dette kunne have været forventet af forskelle i størrelsen af ​​deres neuroner," siger Kaya von Eugen fra Ruhr University Bochum, Tyskland. "Men størrelsen af ​​forskellen er så stor, at størrelsesforskellen ikke kan være den eneste medvirkende faktor. Dette indebærer, at der skal være noget yderligere anderledes i fuglehjernen, som gør det muligt for dem at holde omkostningerne så lave."

En skelsættende undersøgelse i 2016 viste, at fuglehjernen rummer mange flere neuroner sammenlignet med en pattedyrshjerne af samme størrelse, forklarede forskerne. Da hjerner generelt består af energisk kostbart væv, rejste det et kritisk spørgsmål:hvordan er fugle i stand til at understøtte så mange neuroner?

For at besvare dette spørgsmål satte von Eugen og kolleger sig for at bestemme fuglenes neuronale energibudget baseret på undersøgelser i duer. De brugte billeddannelsesmetoder, der gjorde det muligt for dem at estimere glukosemetabolismen hos fuglene. De brugte også modelleringsmetoder til at beregne hjernens metaboliske hastighed og glukoseforbrug.

Deres undersøgelser viste, at duehjernen indtager en overraskende lav mængde glukose (27,29 ± 1,57 μmol glukose pr. 100 g pr. min), når dyret er vågent. Det udmønter sig i et overraskende lavt energibudget for hjernen, især når man sammenligner det med pattedyr.

Det betyder, at neuroner i fuglehjernen i gennemsnit forbruger tre gange mindre glukose end dem i pattedyrs hjerne. Med andre ord er deres neuroner, af årsager, der endnu ikke er klare, billigere.

Von Eugen siger, at det er muligt, at forskellene er relateret til fuglenes højere kropstemperatur eller det specifikke layout af deres hjerner. Fuglehjernen er også i gennemsnit mindre end pattedyrshjernen. Men deres hjerner bevarer imponerende evner, måske delvist på grund af deres billigere, men flere neuroner.

"Vores fund forklarer, hvordan fugle er i stand til at understøtte et så stort antal neuroner uden at gå på kompromis med processorkraft," siger von Eugen. "I den lange parallelle udvikling af fugle og pattedyr udviklede fugle mindre hjerner med et stort antal neuroner, der er i stand til avanceret kognitiv ydeevne. Og det ser ud til, at den kombinerede effekt af fugle-distinkte elementer - lille neuronstørrelse, høj kropstemperatur og fugle-hjerne-specifikt layout - kan have genereret en mulig fordel i neuronal behandling af information med en højere effektivitet:billige neuroner med avanceret behandlingskapacitet."

Forskerne siger, at de nu ønsker at forstå mere om, hvordan fugles neuroner forbruger mindre glukose. Mens de har ideer om, hvordan det kan fungere, er yderligere undersøgelser og tests nødvendige for at afdække "den nøjagtige mekanistiske forklaring på, hvordan fugle opnår en så højere effektivitet af neuronal behandling." + Udforsk yderligere

Neurontal afslører udvikling af hjernekompleksitet hos hvirveldyr på land