Anatomie und Physiologie

Nervensystem - Evolution und Entwicklung des Nervensystems

Evolution und Entwicklung des Nervensystems

Die Untersuchung der evolutionären Entwicklung des Nervensystems konzentrierte sich traditionell auf die strukturellen Unterschiede, die auf verschiedenen Ebenen der phylogenetischen Skala bestehen, aber bestimmte funktionelle Merkmale, einschließlich biochemischer und biophysikalischer Prozesse, die zu Beginn der Evolution festgelegt und bis heute erstaunlich gut erhalten wurden, können dies nicht länger ignoriert werden. Zwei grundlegende Aspekte der Entwicklung des Nervensystems müssen berücksichtigt werden: erstens, wie primitive Systeme neueren Funktionen dienen, und zweitens, wie die Bildung neuer Systeme neueren funktionalen Anforderungen dient.

Frühe Theorien über den evolutionären Ursprung des Nervensystems sprachen sich für einen dreistufigen Prozess aus: Erstens die Entwicklung nicht-nervöser „unabhängiger Effektoren“ wie Muskelzellen ; zweitens das Auftreten von nicht-nervösen Rezeptoren, die auf bestimmte Modalitäten in einem Rezeptor-Effektor-Mechanismus reagieren ; und schließlich die Bildung eines „Protoneurons“, aus dem sich primitive Nerven und Ganglien entwickelten. Dieses Modell gilt nicht mehr als gültig. In primitiven Systemen scheint es viele Beispiele für nicht-nervöse elektrische Leitung zu geben. Zum Beispiel große Flächen vonEpithel, das die Schwimmglocken in der Hydrozoan-Ordnung bedeckt Siphonophora (das bestimmte Familien von Quallen enthält) enthält weder Nerven noch Muskeln, jedoch wurden depolarisierende Potentiale zwischen Zellen des Epithels aufgezeichnet. Ähnliche Beispiele aus anderen Systemen in verwandten Reihenfolgen legen nahe, dass die Entwicklung des Nervensystems möglicherweise mit nicht-nervösem Epithelgewebe begonnen hat. Die Leitung elektrischer Potentiale von einer Epithelzelle zur nächsten kann durchaus über gewesen seinenge Verbindungen , in denen die Plasmamembranen benachbarter Zellen zu Zellschichten verschmelzen. Enge Übergänge haben einen geringen elektrischen Widerstand und eine hohe Permeabilität für Moleküle. Sie kommen auch in großer Zahl in Embryonen vor , was darauf hindeutet, dass die elektrischen Potentiale von Zellen, die auf diese Weise verbunden sind, als treibende Kraft für die Bewegung von Ionen und sogar Nährstoffen von einer Zelle zur nächsten dienen. Diese Phänomene legen nahe, dass elektrisch vermittelte VerbindungDie Übertragung ist älter als die chemisch vermittelte synaptische Übertragung, was erfordern würde, dass einige Epithelzellen chemische Substanzen absondern.

Viele Forscher vermuten, dass Neuronen aus endothelialen Sekretionszellen stammen, die chemische Substanzen absondern, auf Stimulation reagieren und Impulse leiten könnten. Die Spezialisierung kann dann eine äußere Rezeptoroberfläche und eine innere leitende Faser hervorgebracht haben. Eigentlich,neurosekretorische Zellen können propagieren Aktionspotentiale und viele Neuronen sezernieren chemische Substanzen, die so genannte Neurohormone , die das Wachstum und die Regeneration der Zellen an anderen Stellen des Körpers beeinflussen. Einige Forscher vermuten, dass Neuronen zuerst als neurosekretorische wachstumsregulierende Zellen aufgetreten sind, in denen verlängerte Prozesse später durch Freisetzung von Neurotransmittern an ihren Enden an eine schnelle Leitung und chemische Übertragung angepasst wurden .

Es gibt eine erstaunliche Konsistenz in Neurotransmitter, die in verschiedenen Organismen eines bestimmten Stammes vorhanden sind, obwohl verschiedene Phyla auffällige Unterschiede aufweisen können. Daher sind bei Wirbeltieren , einschließlich Fischen, Amphibien, Reptilien, Vögeln und Säugetieren, die Motoneuronen (Neuronen, deren Fasern gestreifte Muskeln innervieren) immer cholinerge (dh sie scheiden den Neurotransmitter Acetylcholin aus ). Bei Arthropoden hingegen sind sie nicht cholinerge, obwohl die sensorischen Neuronen Acetylcholin absondern. Die Anzahl der bekannten Neurotransmitter im Tierreich ist gering, und ihre Anwesenheit in primitiveren Organismen sowie im Nervensystem späterer Wirbeltiere zeigt eine bemerkenswerte Erhaltung dieser Substanzen während der gesamten Evolution.

Wenn sich spätere Organismen aus einzelligen Vorfahren entwickelt haben, muss es ein System für die Übertragung von Informationen von einem Evolutionsstadium zum nächsten gegeben haben. Diese Bedingungen wurden definiert als: (1) ein stabiles Mittel zum Codieren, Übertragen und Decodieren von Merkmalen von einer Generation zur nächsten, (2) die Möglichkeit von Änderungen im Code durch Mutation oder sexuelle Rekombination und (3) ein Mittel vonAuswahl nur der Merkmale für die Übertragung, die für das Überleben günstig sind. Wie im Abschnitt Stimulus-Antwort-Koordination erwähnt , bewegen sich Protozoen (einzellige Organismen) zu Orten, die für das Überleben günstig sind, beispielsweise zu Gebieten mit optimalen Licht- und Temperaturbedingungen. Während sich die Metazoen (mehrzellige Organismen) entwickelten, tendierten ganze Gruppen von Zellen wahrscheinlich dazu, sich günstigen Bedingungen zu nähern, und als die Anzahl der Zellen sehr groß wurde, entwickelte sich ein System der internen Kommunikation - praktisch ein Nervensystem. Es entwickelten sich zwei allgemeine Typen: das diffuse Nervensystem und das zentralisierte Nervensystem.