Vogelneuronen verbrauchen dreimal weniger Glukose als Säugetierneuronen

Vögel haben beeindruckende kognitive Fähigkeiten und zeigen ein hohes Maß an Intelligenz. Im Vergleich zu etwa gleich großen Säugetieren enthalten die Gehirne von Vögeln zudem viel mehr Neuronen. Jetzt berichtete eine neue Studie Aktuelle Biologie am 8. September hilft zu erklären, wie Vögel es sich leisten können, mehr Gehirnzellen zu erhalten: Ihre Neuronen kommen mit weniger Brennstoff in Form von Glukose aus.

„Was uns am meisten überrascht hat, ist nicht per se, dass die Neuronen weniger Glukose verbrauchen – das hätte man aufgrund der unterschiedlichen Größe ihrer Neuronen erwarten können“, sagt Kaya von Eugen von der Ruhr-Universität Bochum. „Aber das Ausmaß des Unterschieds ist so groß, dass der Größenunterschied nicht der einzige Faktor sein kann. Das bedeutet, dass es im Vogelgehirn noch etwas anderes geben muss, das es ihnen ermöglicht, die Kosten so niedrig zu halten.“

Eine bahnbrechende Studie aus dem Jahr 2016 zeigte, dass das Vogelgehirn viel mehr Neuronen enthält als ein Säugetiergehirn ähnlicher Größe, erklärten die Forscher. Da Gehirne im Allgemeinen aus energetisch kostspieligem Gewebe bestehen, warf dies eine entscheidende Frage auf: Wie können Vögel so viele Neuronen unterstützen?

Um diese Frage zu beantworten, machten sich von Eugen und Kollegen daran, den neuronalen Energiehaushalt von Vögeln anhand von Studien an Tauben zu bestimmen. Sie verwendeten bildgebende Verfahren, mit denen sie den Glukosestoffwechsel der Vögel abschätzen konnten. Sie verwendeten auch Modellierungsansätze, um die Stoffwechselrate und den Glukoseverbrauch des Gehirns zu berechnen.

Ihre Studien ergaben, dass das Gehirn von Tauben eine überraschend geringe Menge an Glukose (27,29 ± 1,57 μmol Glukose pro 100 g pro Minute) verbraucht, wenn das Tier wach ist. Das bedeutet einen überraschend niedrigen Energiehaushalt für das Gehirn, insbesondere im Vergleich zu Säugetieren.

Das bedeutet, dass Neuronen im Vogelgehirn im Durchschnitt dreimal weniger Glukose verbrauchen als die im Gehirn von Säugetieren. Mit anderen Worten, ihre Neuronen sind aus noch nicht geklärten Gründen weniger kostspielig.

Von Eugen sagt, dass es möglich ist, dass die Unterschiede mit der höheren Körpertemperatur der Vögel oder der spezifischen Anordnung ihres Gehirns zusammenhängen. Das Vogelgehirn ist im Durchschnitt auch kleiner als das Säugetiergehirn. Aber ihre Gehirne behalten beeindruckende Fähigkeiten bei, vielleicht teilweise aufgrund ihrer weniger kostspieligen, aber zahlreicheren Neuronen.

„Unser Ergebnis erklärt, wie Vögel in der Lage sind, eine so hohe Anzahl von Neuronen zu unterstützen, ohne die Verarbeitungsleistung zu beeinträchtigen“, sagt von Eugen. „In der langen parallelen Evolution von Vögeln und Säugetieren entwickelten Vögel kleinere Gehirne mit einer hohen Anzahl von Neuronen, die zu fortgeschrittener kognitiver Leistung fähig sind Vogelgehirn-spezifisches Layout – könnte einen möglichen Vorteil bei der neuronalen Informationsverarbeitung mit höherer Effizienz generiert haben: billige Neuronen mit fortgeschrittener Verarbeitungskapazität.

Die Forscher sagen, dass sie nun mehr darüber verstehen wollen, wie die Neuronen von Vögeln weniger Glukose verbrauchen. Während sie Ideen haben, wie es funktionieren könnte, sind weitere Studien und Tests erforderlich, um „die genaue mechanistische Erklärung dafür aufzudecken, wie Vögel eine so höhere Effizienz der neuronalen Verarbeitung erreichen“.