Gehirnschaltkreise für die Fortbewegung entwickelten sich lange vor Anhängseln und Skeletten, findet eine neue Studie

Hunderte von Millionen Jahren vor der Evolution von Tieren mit segmentierten Körpern, gegliederten Skeletten oder Gliedmaßen beherrschten wirbellose Tiere mit weichem Körper wie Meeresschnecken die Meere. Eine neue Studie findet Parallelen zwischen der Gehirnarchitektur, die die Fortbewegung von Meeresschnecken antreibt, und der von komplexeren segmentierten Kreaturen mit gegliederten Skeletten und Anhängen.

Berichtet im Zeitschrift für Neurowissenschaftenlegt die Studie nahe, dass Insekten, Krebstiere und sogar Wirbeltiere wie Säugetiere, anstatt einen völlig neuen Satz neuronaler Schaltkreise zu entwickeln, um die Bewegung segmentierter Körperteile zu steuern, ein Netzwerk von Neuronen angepasst haben, ein Modul, das die Fortbewegung und Haltung in großem Maße steuert einfachere Organismen.

„Nagelschnecken haben möglicherweise immer noch dieses Modul, ein kleines Netzwerk von Neuronen namens „A-Cluster“, mit bisher 23 identifizierten Neuronen“, sagte Rhanor Gillette, Professor für molekulare und integrative Physiologie an der University of Illinois Urbana-Champaign, der die neue Forschung leitete .

„Die Frage, die wir in dieser Studie angegangen sind, ist, ob sich die Ähnlichkeiten, die wir zwischen Meeresschnecken und komplexeren Kreaturen sehen, unabhängig voneinander entwickelt haben oder ob diejenigen mit segmentierten Körperteilen und Gliedmaßen ihre zugrunde liegenden neuronalen Schaltkreise möglicherweise von einem weichen, bilateral symmetrischen gemeinsamen Vorfahren geerbt haben ,“ er sagte.

Um diese Frage zu beantworten, nahmen Gillette und seine Kollegen, die ehemaligen Doktoranden Colin Lee und Jeffrey Brown, die Bewegungen von Meeresschnecken auf Video auf und kombinierten diese Daten mit aufgezeichneten Reaktionen auf die Stimulation von Nerven und spezifischen Neuronen im Gehirn der Meeresschnecke.

„Die räuberische Meeresschnecke, die wir untersucht haben, Pleurobranchea californica, benutzt Zilien an ihrem Fuß, um zu kriechen und durch abgesonderten Schleim zu paddeln“, sagte Gillette. „Für eine Haltungsdrehung zu oder weg von einem Reiz verkürzt es einfach eine Seite seines Körpers und entkommt anderen Raubtieren mit einem hektischen, schaukelnden Schwimmen – alles angetrieben vom A-Cluster.“

Frühere Studien aus dem Labor von Gillette zeigten, dass Pleurobranchaea jedes Mal Kosten-Nutzen-Rechnungen anstellt, wenn sie in freier Wildbahn auf eine andere Kreatur trifft. Wenn es sehr hungrig ist, befinden sich die Neuronen, die sein Angriffs- und Fressverhalten steuern, in einem erhöhten Erregungszustand und es wird fast alles nachfressen, was nach Essen riecht. Unter anderen Umständen wird es nichts tun oder den Reiz sogar aktiv vermeiden.

„Das ist eine gute Idee, wenn es das Futter nicht braucht und anderen kannibalischen Pleurobranchaea, die davon angezogen werden, ausweichen kann“, sagte Gillete. „All diese Verhaltensweisen beinhalten, wie der A-Cluster mit Handlungsentscheidungen koordiniert.“

Bei Säugetieren übersetzt ein spezielles Hinterhirnmodul namens retikuläres System spezifische Anweisungen für Handlungsoptionen aus höheren Gehirnregionen für Haltung und Fortbewegung, sagte Gillette. Diese Region sendet dann die motorischen Befehle an das Rückenmark zur endgültigen Übertragung an die Muskeln.

„Insbesondere das retikuläre System ist auf kritische Serotonin-produzierende Neuronen angewiesen, um Körperbewegungen in Haltung und Fortbewegung zu kontrollieren“, sagte er. „In der neuen Studie stellen wir fest, dass ähnliche Serotonin-produzierende Neuronen im A-Cluster von Meeresschnecken Verhaltensweisen wie Verfolgung, Vermeidung und Flucht antreiben.

„In ihrer relativen Einfachheit ähneln die Meeresschnecken in vielerlei Hinsicht den erwarteten einfacheren Vorfahren der heutigen komplexen Tiere“, sagte Gillette. „Alle wichtigen Schaltungsmodule der Aktionsauswahl, die diese Auswahl in motorische Befehle und die Generierung von Bewegungsmustern übersetzen, die in den Nervensystemen komplexer Tiere zu finden sind, sind auch in den einfacheren Meeresschnecken mit weichem Körper identifizierbar.“

Die Studie liefert den ersten Beweis dafür, dass die Schaltkreise, die die Fortbewegung in Tieren mit komplexen Körpern und Verhaltensweisen antreiben, „enge funktionelle Analogien in den einfacheren Schneckenmollusken haben und möglicherweise ein gemeinsames Erbe haben“, sagte Gillette.