В мозге человека найдено отличие, обеспечившее наше превосходство над другими животными
В нейронах человека плотность ионных каналов оказалась ниже, чем у других млекопитающих. Возможно, это позволило нашему мозгу перенаправить энергию на другие процессы.
Исследование опубликовано в Nature, коротко о нем сообщает MIT News.
Нейроны передают информацию с помощью электрических импульсов, которые появляются благодаря току ионов через мембрану клеток. Этот ток контролируют белковые каналы.
Нейробиологи Массачусетского технологического института (MIT) показали, что в нейронах человека плотность ионных каналов гораздо меньше, чем у других млекопитающих. Возможно, наш мозг стал эффективнее и ресурсы распределились на другие энергоемкие процессы, которые позволили человеку решать сложные умственные задачи.
Группа ученых под руководством профессора нейробиологии Марка Харнетта из MIT провела масштабное электрофизиологическое исследование — проанализировала нейроны десяти различных млекопитающих. Обнаружилась общая закономерность: чем больше нейрон, тем выше в нем плотность ионных каналов. Это верно для всех изученных видов, за исключением человека.
«Согласно предыдущим сравнительным исследованиям, человеческий мозг устроен так же, как у других млекопитающих. Поэтому мы удивились убедительным доказательствам того, что человеческие нейроны особенные», — сказал первый автор исследования Лу Болье-Ларош.
В 2018 году Болье-Ларош и Харнетт заметили, что нейроны человека и мыши отличаются по электрическим показателям. Коллеги выяснили, что плотность ионных каналов у нейронов человека ниже, чем у мыши. Раньше считалось, что плотность каналов одинаковая у разных видов.
В новом исследовании Болье-Ларош и Харнетт сравнили плотность двух потенциал-зависимых калиевых каналов и катионных HCN-каналов в нейронах десяти видов млекопитающих. Для этого они получили пирамидные нейроны пятого слоя коры из мозга карликовой многозубки (одного из самых маленьких млекопитающих), песчанки, мыши, крысы, морской свинки, хорька, кролика, мартышки, макаки и человека.
Выяснилось, что у всех видов, кроме человека, плотность каналов была тем выше, чем больше нейрон. Снова результат удивил ученых. Ведь для большого количества каналов нужно много энергии.
Все стало понятно, когда исследователи обратили внимание на число каналов в единице объема коры. Оно совпадает у девяти исследованных видов.
«Это значит, что для данного объема коры энергозатраты одинаковые, по крайней мере для ионных каналов», — прокомментировал Харнетт.
Почему плотность каналов у человека ниже ожидаемой? Исследователи полагают, что это помогло тратить меньше энергии на перекачку ионов и в результате направить ресурсы на что-то другое. Например, на создание сложных синаптических связей между нейронами или на быструю генерацию потенциалов действия.
Харнетт считает, что человек «перерос» типичный план строения нейронов, который ограничивал размер коры, и стал тратить меньше АТФ на объем мозга по сравнению с другими видами.