Mozek je energeticky nejnáročnější orgán v těle, a to především kvůli neuronům, mozkovým buňkám, které potřebují pro svůj provoz velké množství glukózy. Při zkoumání různých savců se ukázalo, že mají při přepočtu na stejnou velikost mozku srovnatelný počet podobně energeticky náročných neuronů. Experimenty na ptačích mozcích potom odhalily, že letci mají v porovnání se stejně velkými savci neuronů mnohem více. Mozky papoušků a zástupců čeledi krkavcovitých mají dokonce podobné množství neuronů jako o mnoho větší mozky primátů. Němečtí vědci si tak ve své nové studii publikované v časopise Current Biology položili otázku, jak zvládne mozek opeřenců takové množství buněk metabolicky obstarat.

Pro její zodpovězení použili pozitronovou emisní tomografii — zobrazovací techniku, která je schopná detekovat v mozku radioaktivně značenou glukózu. Ta byla pro účely pokusu vpravena do krevního řečiště laboratorních holubů, kteří jsou běžně využívaným modelovým organismem pro studium ptačího mozku. Díky tomu mohli výzkumníci změřit potřebné množství cukrů pro chod mozku těchto letců.

Výsledky odhalily překvapivou skutečnost: při přepočtu spotřebované glukózy jedním ptačím neuronem za minutu stačí těmto mozkovým buňkám třikrát méně energie než savčím. Mohlo by se zdát, že tím je celá záhada vysvětlena. Jak ale ptačí neurony této spořivosti dosáhly?

Jelikož mají mozkové buňky ptáků a savců geneticky téměř totožné kanály pro transport glukózy a i další proteiny účastnící se metabolismu cukrů jsou shodné u obou zvířecích říší, důvody odlišného množství spotřebované glukózy hledali vědci jinde. Jedno z vysvětlení, které ve své studii nabízejí spočívá ve skutečnosti, že ptačí neurony jsou oproti savčím mnohem menší a více „namačkané” k sobě. Větší hustota drobnějších buněk tedy umožňuje, aby jich bylo v ptačích mozcích více. A navíc: díky tomu, že jsou neurony blízko sebe, je jejich komunikace úspornější, protože informace nemusí cestovat na dlouhé vzdálenosti. Do menších neuronů se také logicky vejde méně cytoplazmy, organel a signálních molekul, které všechny spotřebovávají energii.

Další velkou odlišností mezi savci a ptáky je jejich tělesná teplota. Zatímco savci mají průměrnou teplotu těla, a tedy i mozku 36-37 °C, u ptáků je to 40-42 °C. Vyšší teplota urychluje a usnadňuje velké množství procesů na různých úrovních od přenosu nervového signálu přes efektivitu buněčných kanálů až například po rychlost zpěvu. Tento fenomén byl popsán u australské zebřičky pestré — pěvce, který změnou teploty v mozku reguluje tempo své hudební produkce.

Přestože autoři předpokládají, že jejich zjištění provedená na holubím modelu je možné (po vzoru savců) vztáhnout na celou ptačí říši, bude nezbytné tyto výsledky potvrdit i u jiných opeřenců. Publikovaná studie tak otevírá možnost pro další a podrobnější výzkum, který může poodhalit více z poměrně málo probádané ptačí neurofyziologie.

Zdá se však, že evoluce zvolila u formování ptačího mozku odlišnou strategii než u savců. Nadělila jim početnější, ale zato menší neurony, které navíc zasadila do teplejšího těla. Tato kombinace umožňuje rychlejší přenos signálu na kratší vzdálenosti, což vede k efektivnějšímu nakládání s energií.

Úvodní foto: Francesco Ungaro, pexels.com

Citovaná studie: Current Biology (impact factor: 10,9)

Více z ptačí říše na Czechsight:

Kdy poslat potomka do školky? To je oč u tučňáků běží.
Správně odhadnout, kdy je čas vypustit potomky do světa, je u tučňáků vzhledem k nepříznivým přírodním podmínkám důležitější než u ostatních živočichů.
Ptáci utichli a zjednodušili zpěv, popisuje mezinárodní studie
Dlouholetý výzkum s českou účastí zkoumal vývoj ptačího zpěvu v čase. Studie v loňském roce vyšla v prestižním časopise Nature Communications.
Hnízdo jako časová schránka? Vědci za pomoci analýzy DNA zkoumají botanické složení ptačích obydlí
Ptačí hnízda jsou poměrně častým exemplářem muzejních sbírek. Mohou nám mnoho odhalit o složení flóry v místech, kde vznikly. Nyní dokážeme díky moderním genetickým metodám analyzovat i vzorky, v nichž nelze jednotlivé druhy rostlin odlišit makroskopicky. To nám umožní lépe chápat proměny krajiny.