小さいながらも強力：研究者らは、鳥の脳の高いパフォーマンスの基本について新たな洞察を獲得しました。彼らのニューロンが必要とするエネルギーは哺乳類の 3 分の 1 であるため、明らかに高密度の神経細胞を維持できるようです。これは、ハトの脳におけるグルコース消費の分析から明らかになりました。この高いエネルギー効率が正確に何に基づいているのかは、脳研究における興味深い疑問です。
「このスズメの脳よ！」 質量が小さいということは、パフォーマンスが低いということです。この単純な公式によれば、鳥は長い間「低能」だと考えられてきました。しかし近年、多くの研究がこれを明確に否定しています。認知能力は哺乳類のそれに匹敵するか、それを超えていることが多く、鳥類の世界にも非常に賢い人々がいます。一部のカラスやオウムの知能はそれに匹敵することさえあります。霊長類の。このことから、かなり小さな鳥の脳がどのようにしてそのような心を生み出すことができるのかという疑問が生じました。たとえば、重さ約 10 ～ 20 グラムのカラスやオウムの脳は、重さ 400 グラムのチンパンジーの思考器官と簡単に競争できます。脳と体の質量の比率は重要な役割を果たしますが、これも哺乳類よりも鳥類の方が大幅に低い傾向があります。
鳥はどうしてこれほど多くの脳を手に入れることができるのでしょうか？
基本的に、かなり小さな鳥の脳の性能の秘密は、初期の研究ですでに示されているように、比較的小さなニューロンによる高い神経密度に基づいているようです。肝心なのは、これは実際にはプラスだということです。一部の鳥類の脳には、同じサイズの哺乳類の 2 ～ 3 倍の神経があります。しかし、これにより、今度は新たな疑問が生じました。鳥はどのようにしてエネルギー的にこれを賄えるのでしょうか?神経組織は非常に高価だからです。人間はその極端な例です。脳は体重の約 2 パーセントしか占めていませんが、体の総エネルギーの約 20 ～ 25 パーセントを消費します。ルール大学ボーフム校のオヌール・ギュンテュルクン氏は、「脳は私たちの体の中で最もエネルギー的に高価な臓器であり、進化の過程で自分自身に大量のエネルギーをうまく供給する方法を学んだ場合にのみ、脳を手に入れることができました」と語る。
これは他の動物にも当てはまります。エネルギーコストにより、ニューロン数の増加は制限されます。しかし、なぜこの制限は哺乳類よりも鳥類の方が明らかに広いのでしょうか?この疑問に答えるために、ギュンテュルキュン氏らはハトの脳のエネルギー消費を調べた。過小評価されがちなこれらの鳥も、かなりの認知能力を持っていることを強調しておく必要があります。この研究では、陽電子放出断層撮影法という画像化手法が使用されました。特殊な造影剤を使用して、ハトが覚醒しているときまたは麻酔をかけているときに、ハトの脳内の神経細胞がどれだけの「燃料」をブドウ糖の形で使用したかを科学者らは記録しました。
驚くほど低いエネルギー要件
彼らのエネルギー消費量の評価とモデル化により、覚醒時のハトの脳は神経組織 100 グラムあたり 27 マイクロモルのグルコースのみを必要とすることが示されました。 「個々の神経細胞に分解すると、平均的な哺乳類のニューロンの速度よりも3倍低い速度になります」と研究者らは書いている。 「私たちが驚いたのは、神経細胞が消費するグルコースがまったく少ないということではありません。神経細胞のサイズが小さいことを考えれば、それは予想の範囲内でした」とギュンテュルキュン氏は言う。 「しかし、その違いが非常に大きいという事実は、鳥が神経細胞のエネルギー消費を減らす追加のメカニズムを持っていることを意味します」と科学者は説明します。研究チームによると、ハトで得られた結果はおそらく他の鳥種にも応用できる可能性があるという。 「私たちの研究は、鳥が知的脳を発達させる独自の非常に成功した方法を進化させてきたことを示す、ますます多くの研究に加わりました」とギュンテュルキュン氏は言う。
この研究の筆頭著者であるルール大学ボーフム校のカヤ・フォン・オイゲン・カヤ氏は、次のように続けています。場所は。そして、鳥特有の要素の複合効果が、より高い効率での情報のニューロン処理、つまり高度な処理能力を備えた省エネニューロンという利点をもたらしているようです」と研究者は述べた。
しかし、鳥のニューロンの倹約の背後に正確に何があるのかはまだ不明です。 「これは鳥の体温が高いことに部分的に関係している可能性がありますが、おそらく現在完全に不明な追加の要因にも関係している可能性があります」とギュンテュルキュン氏は言います。したがって、科学者たちは現在、「鳥がどのようにして神経処理効率の向上を達成するのかについての正確なメカニズムの説明を見つける」ためにさらなる研究を実施したいと考えている。
出典: ルール大学ボーフム、専門記事: Current Biology、doi: 10.1016/j.cub.2022.07.070
