Vogelhersenen hebben zich in de loop van de evolutie anders ontwikkeld dan zoogdierhersenstructuren. Een onderzoeksteam van het Centrum voor Moleculaire Biologie van de Universiteit van Heidelberg heeft nu onderzocht hoe vergelijkbare cognitieve functies desondanks bij sommige vogelsoorten konden ontstaan.
Uit analyses van de samenstelling, embryonale en evolutionaire ontwikkeling van het pallium (het hersengebied bij vogels en zoogdieren dat verantwoordelijk is voor vaardigheden als geheugen, leren en redeneren) blijkt dat sommige soorten hersencellen gedurende honderden miljoenen jaren vrijwel onveranderd zijn gebleven, terwijl andere aanzienlijk zijn geëvolueerd.
Vogelhersenen verschillen in fundamentele aspecten van hun structuur van reptielen- en vooral zoogdierhersenen. Niettemin beschikken sommige vogelsoorten over cognitieve vermogens die vergelijkbaar complex zijn met die van mensapen. Het zogenaamde pallium speelt hierin een cruciale rol. Dit gebied, gelegen in de voorhersenen, bestaat bij mensen voornamelijk uit de geplooide hersenschors, maar is bij vogels heel anders gestructureerd, hoewel het vergelijkbare functies vervult. Het team van prof. Kaessmann onderzocht de cellulaire samenstelling en evolutie van het pallium bij kippen. Hiervoor gebruikten de biologen state-of-the-art single-cell-technologieën om de celtypen in deze hersenstructuur in kaart te brengen en vergeleken ze de informatie met vergelijkbare datasets van muizen en reptielen.
De analyses tonen aan dat, ondanks de verschillende hersenstructuren bij alle bestudeerde soorten, de zenuwcellen die de hersenactiviteit reguleren bijzonder veel op elkaar lijken. De neuronen die verantwoordelijk zijn voor signaaloverdracht hebben daarentegen een dynamischer evolutie doorgemaakt, zoals dr. Bastienne Zaremba uitlegt. Sommige neuronen zijn nauwelijks veranderd, zoals in de hippocampus , die belangrijk is voor leren en geheugen, terwijl andere significant zijn gedivergeerd of anatomisch zijn gereorganiseerd. Onverwacht voor de wetenschappers: "Bepaalde exciterende neuronen delen waarschijnlijk een gemeenschappelijke evolutionaire oorsprong bij verschillende soorten. Dit geldt voor zenuwcellen in diepere lagen van de neocortex , die verantwoordelijk is voor hogere cognitieve vermogens bij zoogdieren, en voor neuronen in het zogenaamde mesopallium van vogels. Deze bevinding zet bestaande aannames over de evolutie van deze hersengebieden op de proef", aldus de wetenschapper, die lid is van de onderzoeksgroep "Evolutionaire Genomica" van prof. Kaessmann.
Het onderzoek biedt ook nieuwe inzichten in het hyperpallium, een structuur binnen het pallium die uitsluitend bij vogels voorkomt. Tot nu toe gingen wetenschappers ervan uit dat het hyperpallium vergelijkbaar was met de neocortex van zoogdieren. Zoals het onderzoeksteam van Heidelberg nu heeft aangetoond, zijn sommige neuronen weliswaar vergelijkbaar, maar verschillen andere fundamenteel. "Onze resultaten weerleggen eerdere theorieën die ervan uitgingen dat bepaalde hersengebieden bij vogels en zoogdieren direct met elkaar corresponderen vanwege hun locatie", legt Dr. Zaremba uit. In plaats daarvan, zegt de wetenschapper, is een veel complexer evolutionair patroon van behoud, divergentie en convergentie onthuld. Sommige kenmerken zijn opmerkelijk gelijk gebleven, andere zijn drastisch veranderd en weer andere zijn in de loop der tijd steeds meer op elkaar gaan lijken.
De onderzoekers ontdekten ook dat bepaalde zenuwcellen in twee ver van elkaar verwijderde hersengebieden van vogels grote overeenkomsten vertonen, ook al hebben ze elk een andere oorsprong in het embryo. "We moeten daarom het idee heroverwegen dat de functie van een neuron fundamenteel bepaald wordt door zijn positie in het embryonale brein", benadrukt prof. Kaessmann. "Om een meer gedifferentieerd begrip te krijgen van de evolutie van de hersenen en de ontwikkeling van complexe cognitieve vaardigheden bij vogels en zoogdieren, zijn moleculaire gegevens die ook rekening houden met embryonale ontwikkelingsprocessen van bijzonder belang", aldus de evolutiebioloog uit Heidelberg.
Het onderzoek werd uitgevoerd in nauwe samenwerking met Dr. Fernando García-Moreno van de Universiteit van Baskenland (Spanje). Ook onderzoekers uit Zweden namen deel. De Europese Onderzoeksraad, het Spaanse Ministerie van Wetenschap, de regering van de Baskische Autonome Gemeenschap en de Zweedse Onderzoeksraad financierden het onderzoek. De onderzoeksresultaten werden gepubliceerd in het tijdschrift Science.
oorspronkelijke publicatie
B. Zaremba, A. Fallahshahroudi, C. Schneider, J. Schmidt, I. Sarropoulos, E. Leushkin, B. Berki, E. Van Poucke, P. Jensen, R. Senovilla-Ganzo, F. Hervas-Sotomayor, N. Trost, F. Lamanna, M. Sepp, F. García-Moreno, H. Kaessmann: ontwikkelingsoorsprong en evolutie van palliale celtypen en structuren bij vogels. Science (online gepubliceerd op 13 februari 2025), DOI: 10.1126/science.adp5182
Lees ook
Onderzoek: Verkeerslawaai belemmert het leren van vogels | Pugnalom
Radiogolven verstoren trekvogels | Pugnalom
