Sinir sistemlerinin evrimi - Evolution of nervous systems
Sinir sistemlerinin evrimi tarihleri birinci gelişmesine geri sinir sistemleri içinde hayvanların (veya Metazoan'da). Nöronlar , hareketli tek hücreli ve kolonyal ökaryotlarda bulunan aksiyon potansiyellerinin mekanizmasını uyarlayarak çok hücreli hayvanlarda özel elektrik sinyal hücreleri olarak geliştirildi . Karmaşık protozoalarda bulunanlar gibi birçok ilkel sistem, hareketlilik ve hayatta kalmak için gerekli diğer yönler için elektriksel olmayan sinyalleme kullanır. Veriler, mesajlaşma için kimyasal bir gradyan kullanan bu sistemlerin bugün bilinen elektrik sinyal hücrelerine dönüştüğünü gösteriyor.
Basit sinir ağları gibi hayvanlarda görülen Cnidaria (deniz anası) gelişti , ilk motor ve duyu fonksiyonları ikili bir amaca hizmet polimodal nöronların oluşuyordu. Cnidarians, her ikisi de denizanası olmasına rağmen çok farklı sinir sistemlerine sahip olan Ctenophores (tarak denizanası) ile karşılaştırılabilir . Cnidarians'tan farklı olarak, Ctenophores, elektrokimyasal sinyalleme kullanan nöronlara sahiptir. Bu şaşırtıcıydı çünkü Ctenophora filumunun, sinir sistemi olmayan Porifera'dan (süngerler) daha eski olduğu düşünülüyordu.
Bu, erken sinir sisteminin nasıl ortaya çıktığını açıklayan iki teorinin ortaya çıkmasına neden oldu. Bir teori, sinir sisteminin tüm bu filumların temel bir atasında ortaya çıktığını, ancak Porifera'da kaybolduğunu belirtti. Diğer teori, sinir sisteminin bağımsız olarak iki kez (birlikte evrim), biri bazal Cnidarians ve bir bazal Ctenophores için ortaya çıktığını belirtir.
İkili hayvanlar - ventral sinir kordonları omurgasız ve dorsal sinir kordonları bir tarafından desteklenen Notokordun içinde omurgalılar - bir merkez bölge çevresinde bir merkezi sinir sistemi olarak bilinen bir süreç ile gelişti cephalization .
sinir öncüleri
Nöral aktivite için gerekli olan aksiyon potansiyelleri tek hücreli ökaryotlarda gelişmiştir. Bunlar sodyum aksiyon potansiyelleri yerine kalsiyum kullanır, ancak mekanizma muhtemelen çok hücreli hayvanlarda nöral elektrik sinyalleşmesine uyarlanmıştır . Gibi bazı sömürge Ökaryotlarda Obelia , elektrik sinyalleri sinir ağları aracılığıyla değil, aynı zamanda içinden sadece yaymak epitel hücrelerinin koloninin ortak sindirim sisteminde. Koanoflagellatlar , filasterea ve mesomycetozoea dahil olmak üzere birkaç metazoan olmayan filumun, salgı SNARE'leri, Shank ve Homer dahil olmak üzere sinaptik protein homologlarına sahip olduğu bulunmuştur. Koanoflagellatlarda ve mesomycetozoea'da, bu proteinler kolonyal evrelerde yukarı doğru düzenlenir ve bu proto-sinaptik proteinlerin hücreden hücreye iletişim için önemini ortaya koyar. Evrimde nöronların ve ilk sinir sistemlerinin nasıl ortaya çıktığına dair fikirlerin tarihi, Michel Antcil tarafından 2015 yılında yayınlanan bir kitapta tartışıldı.
süngerler
Süngerlerin birbirine sinaptik bağlantılarla bağlı hücreleri , yani nöronları ve dolayısıyla sinir sistemi yoktur. Bununla birlikte, sinaptik işlevde kilit rol oynayan birçok genin homologlarına sahiptirler. Son zamanlarda yapılan araştırmalar, sünger hücrelerinin, bir postsinaptik yoğunluğa (sinapsın sinyal alan kısmı) benzeyen bir yapı oluşturmak için bir araya toplanmış bir grup proteini ifade ettiğini göstermiştir . Ancak, bu yapının işlevi şu anda belirsizdir. Sünger hücreleri sinaptik iletim göstermese de, birbirleriyle kalsiyum dalgaları ve tüm vücudun kasılması gibi bazı basit eylemlere aracılık eden diğer uyarılar yoluyla iletişim kurarlar. Sünger hücrelerin komşu hücrelerle iletişim kurmasının diğer yolları, hücre zarlarının oldukça yoğun bölgeleri boyunca veziküler taşımadır. Bu veziküller iyonları ve diğer sinyal moleküllerini taşır, ancak gerçek bir sinaptik işlev içermez.
sinir ağları
Denizanası , petek jöleleri ve ilgili hayvanlar, merkezi bir sinir sisteminden ziyade yaygın sinir ağlarına sahiptir. Çoğu denizanasında sinir ağı vücuda az çok eşit olarak yayılır; tarak jölelerinde ağzın yakınında konsantre edilir. Sinir ağları, kimyasal, dokunsal ve görsel sinyalleri alan duyusal nöronlardan, vücut duvarının kasılmalarını aktive edebilen motor nöronlardan ve duyusal nöronlardaki aktivite modellerini tespit eden ve motor nöron gruplarına sinyaller gönderen ara nöronlardan oluşur. sonuç. Bazı durumlarda, ara nöron grupları ayrı gangliyonlar halinde kümelenir .
Radatadaki sinir sisteminin gelişimi nispeten yapılandırılmamış. Bilaterilerin aksine , radiata sadece iki ilkel hücre katmanına sahiptir, endoderm ve ektoderm . Nöronlar, diğer tüm ektodermal hücre tipleri için öncü görevi gören özel bir ektodermal öncü hücreler grubundan üretilir.
sinir kordonları
Mevcut hayvanların büyük çoğunluğu iki taraflıdır , yani birbirlerinin yaklaşık ayna görüntüsü olan sol ve sağ tarafları olan hayvanlar. Tüm bilaterilerin , 550-600 milyon yıl önce Ediacaran döneminde ortaya çıkan solucan benzeri ortak bir atadan geldiği düşünülmektedir . Temel iki taraflı vücut formu, ağızdan anüse uzanan içi boş bir bağırsak boşluğuna sahip bir tüp ve önünde özellikle büyük bir ganglion bulunan ve " beyin " olarak adlandırılan bir sinir kordonudur .
İnsanlar da dahil olmak üzere memeliler bile , sinir sistemi düzeyinde parçalı çift taraflı vücut planını gösterir. Omurilik , her biri vücut yüzeyinin bir bölümünü innerve eden motor ve duyusal sinirlere yol açan bir dizi segmental gangliyon içerir ve alttaki kaslar. Ekstremitelerde innervasyon paterninin düzeni karmaşıktır, ancak gövdede bir dizi dar bantlara yol açar. İlk üç bölüm beyne aittir ve ön beyin, orta beyin ve arka beyine yol açar.
Bilaterians çok erken embriyonik gelişme, iki gruba (içine meydana gelen olayların temelinde, ayrılabilir superphyla ) adı protostomes ve deuterostomes . Deuterostomlar, omurgalıların yanı sıra derisidikenliler ve hemikordatları (esas olarak meşe palamudu solucanları) içerir. Daha çeşitli grup olan protostomlar, eklembacaklıları , yumuşakçaları ve çok sayıda solucan türünü içerir. Sinir sisteminin vücuttaki yerleşiminde iki grup arasında temel bir fark vardır: protostomlarda vücudun ventral (genellikle alt) tarafında bir sinir kordonu bulunurken, deuterostomlarda sinir kordonu dorsalde (genellikle üstte) bulunur. ) yan. Aslında, dorsalden ventral gradyanlar gösteren birkaç genin ekspresyon paternleri de dahil olmak üzere, vücudun birçok yönü iki grup arasında ters çevrilmiştir. Bazı anatomistler şimdi, protostom ve deuterostom gövdelerinin birbirlerine göre "ters çevrildiğini" düşünüyorlar; bu, ilk olarak Geoffroy Saint-Hilaire tarafından böcekler için omurgalılara kıyasla önerilen bir hipotezdir . Bu nedenle, örneğin böcekler vücudun ventral orta hattı boyunca uzanan sinir kordonlarına sahipken, tüm omurgalıların dorsal orta hat boyunca uzanan omurilikleri vardır. Ancak farklı protostomlardan ve deuterostomlardan elde edilen son moleküler veriler bu senaryoyu reddetmektedir.
Annelida
Solucanların vücut boyunca uzanan ve kuyruk ve ağızda birleşen çift sinir kordonları vardır . Bu sinir kordonları, bir merdivenin basamakları gibi enine sinirlerle birbirine bağlanır . Bu enine sinirler , hayvanın iki tarafını koordine etmeye yardımcı olur . Baş ucundaki iki ganglion , basit bir beyne benzer şekilde çalışır. Hayvanın göz noktalarındaki fotoreseptörler , aydınlık ve karanlık hakkında duyusal bilgi sağlar.
nematoda
Çok küçük bir solucanın sinir sistemi, yuvarlak solucan Caenorhabditis elegans , sinaptik seviyeye kadar haritalandırılmıştır. Her nöron ve onun hücresel soyu kaydedilmiştir ve hepsi olmasa da çoğu nöral bağlantı bilinmektedir. Bu türde sinir sistemi cinsel olarak dimorfiktir ; iki cinsiyetin, erkeklerin ve hermafroditlerin sinir sistemleri, cinsiyete özgü işlevleri yerine getiren farklı sayıda nörona ve nöron gruplarına sahiptir. Olarak C. elegans çift cinsiyetli tam olarak 302 nöronları varken, erkek, tam olarak 383 nöronlar var.
eklembacaklılar
Eklembacaklılar gibi böcekler ve kabuklular , sinir sisteminin bir dizi yapılmış olması gangliyon ile bağlanmış, ventral sinir kablosunun uzunluğu boyunca uzanan iki paralel eklemlerin oluşan göbek . Tipik olarak, her vücut segmentinin her iki tarafında bir ganglion bulunur, ancak bazı gangliyonlar beyni ve diğer büyük gangliyonları oluşturmak için kaynaşmıştır. Baş segmenti, supraözofageal ganglion olarak da bilinen beyni içerir . Olarak böcek sinir sistemi , beyin, anatomik olarak ayrılır protocerebrum , deutocerebrum ve tritocerebrum . Beynin hemen arkasında, üç çift kaynaşmış gangliyondan oluşan subözofageal ganglion bulunur . Bu kontrol ağız parçaları , tükürük bezleri ve bazı kasları . Birçok eklembacaklı, görme için bileşik gözler ve koku alma ve feromon hissi için antenler dahil olmak üzere iyi gelişmiş duyu organlarına sahiptir . Bu organlardan gelen duyusal bilgiler beyin tarafından işlenir.
Böceklerde birçok nöron, beynin kenarında konumlanmış ve elektriksel olarak pasif olan hücre gövdelerine sahiptir - hücre gövdeleri yalnızca metabolik destek sağlamaya hizmet eder ve sinyalleşmeye katılmaz. Protoplazmik bir lif hücre gövdesinden çıkar ve bolca dallanır, bazı kısımlar sinyalleri iletir ve diğer kısımlar sinyalleri alır. Bu nedenle, böcek beyninin çoğu parçası, çevre çevresinde düzenlenmiş pasif hücre gövdelerine sahipken, nöral sinyal işleme , iç kısımda, nöropil adı verilen bir protoplazmik lifler yumağı içinde gerçekleşir.
Merkezi sinir sistemlerinin evrimi
İnsan beyninin evrimi
Kademeli bir artış olmuştur beyin hacmi modern insanlar ataları boyunca ilerledikçe evrim insan zaman çizgisi (bkz homininae ), yaklaşık 600 cm den başlayarak 3 de Homo habilis 1736 cm 3 de Homo neanderthalensis . Dolayısıyla genel olarak beyin hacmi ile zeka arasında bir ilişki vardır. Bununla birlikte, modern bir Homo sapiens daha küçük bir beyin hacmi (sahiptir beyin hacmi 1250 cm- 3 Neandertallerle daha az); Kadınlar erkeklerden daha az daha küçük bir beyin hacmi ve Flores hominidlerin ( Homo Floresiensis ), adı "hobbits", yaklaşık 380 cm'lik bir kafatası hacmi olan 3 bir üçte, erectus'a ortalama ve bir küçük olarak şempanze . Bir insular cücelik vakası olarak H. erectus'tan evrimleştikleri ileri sürülmektedir . Üç kat daha küçük beyinlerine rağmen, H. floresiensis'in ateş kullandığına ve önerilen ataları H. erectus kadar sofistike taş aletler yaptığına dair kanıtlar var . Iain Davidson, insan beyni boyutundaki zıt evrimsel kısıtlamaları "İhtiyacınız olduğu kadar büyük ve olabildiğince küçük" olarak özetler. İnsan beyni, türün varlığı boyunca uğraştığı metabolik, çevresel ve sosyal ihtiyaçlar etrafında gelişmiştir. İnsansı türler artan beyin boyutu ve işlem gücü ile evrimleştikçe, genel metabolik ihtiyaç arttı. Şempanzelerle karşılaştırıldığında, insanlar hayvanlardan bitkilerden daha fazla kalori tüketir. Kesin olmamakla birlikte, araştırmalar, diyetteki bu değişimin, hayvansal ürünlerde daha kolay bulunan yağ asitlerine artan ihtiyaçtan kaynaklandığını göstermiştir. Bu yağ asitleri beyin bakımı ve gelişimi için gereklidir. Dikkate alınması gereken diğer faktörler, sosyal etkileşim ihtiyacı ve hominidlerin zaman içinde çevreleriyle nasıl etkileşime girdiğidir.
Beyin gelişimi kullanılarak incelenebilir iç yapılarıdır , nöroloji şube ve denir Paleontoloji paleoneurology .