Anzahl Neuronen verschiedener Tierarten: Ein neuronaler Vergleich

Sind Tiere mit einer hohen Anzahl an Nervenzellen im Gehirn automatisch intelligenter? Diese Frage beschäftigt Wissenschaftler seit langem. Professor Onur Güntürkün von der Ruhr-Universität Bochum hat sich dieser Frage angenommen und verschiedene Tierarten in einem neuronalen Kräftemessen verglichen.

Die Anzahl der Nervenzellen als Kriterium für Intelligenz

Die Anzahl der Nervenzellen im Gehirn wird oft als ein Kriterium für die Intelligenzleistung von Tieren angesehen. Das menschliche Gehirn hat schätzungsweise 85 bis 100 Milliarden Nervenzellen. Damit sind wir allerdings nicht Spitzenreiter im Tierreich. Um die Abhängigkeit der Strukturiertheit neuronaler Karten von der Anzahl pro relevanter Verbindungen pro Neuron zu zeigen, hat die Forschergruppe zwei Modelle aus anderen Wissenschaftsbereichen für ihre Zwecke umgewandelt.

Die Rolle der Großhirnrinde

Die Nervenzellen in der Großhirnrinde sind besonders intensiv verdrahtet. Das Gehirn eines Menschen wiegt durchschnittlich 1,35 Kilogramm. Nervenzellen verbrauchen extrem viel Energie. Obwohl das Zentralnervensystem bei einem erwachsenen Menschen nur etwa 2 Prozent der Körpermasse ausmacht, verbraucht es etwa 18 Prozent des im Blut transportierten Sauerstoffs.

Die Behauptung, wir würden nur zehn Prozent unseres Gehirns nutzen, ist Unsinn. „Etwas zweites fällt auf: Wenn man diese Hirnrinde in regelmäßige Säulen unterteilt und die Nervenzellen in diesen Säulen zählt, so hat man bei Mäusen, bei Ratten, bei Hunden, Katzen, verschiedenen Affen und auch bei uns ungefähr 110 Nervenzellen pro Säule.

Verschiedene Teile des Gehirns verarbeiten Umweltreize wie Sehen und Fühlen. Um eine Vorstellung davon zu bekommen, wie viele Neuronen Hunde und Katzen durchschnittlich besitzen, nutzten die Wissenschaftler drei verschiedene Gehirne: eins von einer Katze, eins von einem Golden Retriever und eins von einem kleinen Mischlingshund. In den beiden Hundegehirnen finden die Forscher - trotz ihrer unterschiedlichen Größe - gut 500 Millionen Neuronen. Zum Vergleich: Menschen besitzen mit weitem Abstand die höchste Anzahl an Neuronen in der Großhirnrinde, bis zu 16 Milliarden pro Person. Unsere nächsten Verwandten, die Orang-Utans und Gorillas haben ca. acht bis neun Milliarden Neuronen, Schimpansen ca.

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Neuronale Vielfalt im Tierreich

Das Nervensystem (NS) ist ein Netzwerk (Verband) aus Nervenzellen (Neuronen), die miteinander in Verbindung stehen und sich gegenseitig beeinflussen. Die Neuronen dienen der Erzeugung elektrischer Erregung unter Aufnahme chemischer, mechanischer oder elektrischer Reize und der Umwandlung dieser Reize. In Form schwacher elektrischer Ströme können sie diese Erregung über ihre langen Fortsätze an andere Zellen weiterleiten. Dabei kann eine Nervenzelle bis ca. 10 000 oft sehr verschiedenartige Verknüpfungen mit anderen Nervenzellen eingehen. Die vielen Verästelungen im NS ermöglichen eine schnelle Informationsleitung und eine direkte Übertragung der Informationen an die entfernteren Zielorte. Das NS ist ein koordinierendes Organsystem und erfüllt folgende Aufgaben:

• die Wahrnehmung der unterschiedlichen Reizarten mithilfe von Sinneszellen (Rezeptoren),
• die Informationsverarbeitung und -speicherung auf allen Ebenen des Nervensystems und
• die Beantwortung der Informationen mit entsprechenden Verhaltensweisen bzw. die Steuerung der Funktionsweise innerer Organe.

Mit der Entwicklung des zweiseitig (bilateral) gleichartigen (symmetrischen) Körperbaus und der damit zusammenhängenden Kopfausbildung (Cephalisation) fand eine fortschreitende Zentralisation des NS statt. Auch die gerichtete Fortbewegung spielt bei dieser Entwicklung eine wesentliche Rolle. Ein dementsprechend bilateralsymmetrisches NS besteht aus einem peripheren NS (PNS) und einem zentralen NS (ZNS). Das ZNS setzt sich aus dem Gehirn im Kopfteil und einem oder zwei von ihm ausgehenden Marksträngen zusammen. Markstränge sind Bündel von Nervenfasern, die längs am Körper verlaufen. Sie sind die Hauptleitungen für die Übertragung der elektrischen Impulse zwischen Gehirn und PNS. Ein Markstrang enthält Zellkörper, die sensorische Informationen aufnehmen und in Signale für die Erfolgsorgane umwandeln können. Aus Verdickungen dieser Markstränge im Kopfbereich entwickelte sich im Laufe der Evolution das Gehirn. Das periphere NS enthält Nerven, die Informationen vom ZNS zu den Endorganen leiten oder umgekehrt von den Sinnesorganen zum ZNS. Nervensysteme (NS) wirbelloser Tiere sind äußerst vielgestaltig.

Nervensysteme von Wirbellosen

Nesseltiere und Stachelhäuter sind radiärsymmetrisch gebaut und zeigen dementsprechend ein radiärsymmetrisches NS. Der Süßwasserpolyp besitzt ein diffuses Nervennetz. Bei den Stachelhäutern ist ein zentraler Ring mit Radiärnerven in jedem Arm ausgebildet. Mit der Evolution fand eine fortschreitende Zentralisation der NS und eine Cephalisierung (Kopfbildung) statt. Bei den meisten bilateralsymmetrisch (zweiseitig gleich) gebauten Tieren ist auch ein bilateralsymmetrisches NS ausgebildet.

Hohltiere

Den einfachsten Typ eines NS findet man innerhalb der Hohltiere bei den Nesseltieren (Cnidarien). Sie besitzen ein diffuses (zerstreutes), netzartiges System von Nervenzellen, welches an der äußeren Zellschicht über den gesamten Körper verteilt ist. Die Informationsübertragung zwischen den Neuronen erfolgt an Synapsen - den Endstellen der langen Zellausläufer. Die Informationsleitung findet an diesen Synapsen solcher Nervennetze in beide Richtungen statt. Dadurch bedingt kann sich in so einem Netzwerk von jedem beliebigen Punkt aus Erregung gleichmäßig in alle Richtungen ausbreiten (Beispiel: Wird ein Süßwasserpolyp an einer beliebigen Körperstelle durch Licht, Wasserbewegung, Berührung etc. gereizt, so wird die Information im gesamten Nervennetz weitergeleitet und löst eine Antwortreaktion des gesamten Körpers aus.). Eine zentrale neuronale Verarbeitungsstelle existiert in diesem Nervennetz nicht, weshalb nur eine geringe oder keine zentrale Steuerung des Organismus möglich ist.

Bei Quallen (Medusen) liegt bereits eine Konzentration von Nervenzellen in Form von Ringen im Schirmrand vor. Durch diese Nervenringe werden die Informationen zur Koordination des Körpers übertragen. Radial (strahlenförmig) von den Nervenringen weg führen Nervenstränge zu den Sinnesorganen und häufig kommt es an der Basis eines jeden Sinnesorgans zur Ganglionbildung.

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Stachelhäuter

Seesterne (Asteroidea) gehören zu den Stachelhäutern, deren Nervensystem Ähnlichkeiten mit dem System der Quallen aufweist. Seesterne besitzen beispielsweise einen zentralen Nervenring um die Mundscheibe. Von diesem Ring ziehen radiäre Nervenstränge in die Arme. Seesterne besitzen ein radiärsymmetrisches NS.

Plattwürmer

Eine zunehmende Cephalisation findet man bei den Plattwürmern (Plathelminthes). Zu den Plattwürmern gehören Strudelwürmer, Saugwürmer und Bandwürmer. Das NS der niederen Strudelwürmer besteht aus einem diffusen Nervennetz ohne Stränge und Längsverdickungen, aber mit Verstärkungen im vorderen Körperende. Bei höheren Strudelwürmern kommt es zur Zentralisation des NS. Assoziations- und motorische Zellen vereinigen sich zu Längssträngen (Konnektiven), die durch Querstränge (Kommissuren) miteinander verbunden sind. Plattwürmer haben also bereits ein kleines Gehirn ausgebildet, von dem aus die Markstränge durch den Körper ziehen. Das PNS besteht aus einem Strickleiternetz.

Das ZNS der Plattwürmer besteht aus dem kleinen Gehirn (Cerebralganglion) und insgesamt acht Marksträngen, welche längs durch den Körper ziehen. Die Markstränge sind quer durch Kommissuren miteinander verbunden. Das Gehirn am Kopfende versorgt vor allem die Lichtsinnesorgane (Augen) und ermöglicht so eine Hell-Dunkel-Unterscheidung und eine gerichtete Fortbewegung.

Schlauchwürmer

Typisch für Schlauchwürmer (Rund- und Fadenwürmer, Rädertiere u.a.) ist ein relativ niedriger Cephalisationsgrad: Im Bereich des Vorderendes besteht das NS lediglich aus einem Schlundring, über den die Nervenzellen zerstreut verteilt sind.

Ringelwürmer

Das NS der Ringelwürmer (Annelida) lässt sich schematisch aus dem der Plattwürmer herleiten. So gesehen erfolgte eine Verstärkung der beiden Bauchstränge und eine Reduktion der übrigen 6 Markstränge. Durch die Zusammenfassung der Nervenzellen in den einzelnen Segmentabschnitten der Ringelwürmer kommt es zur Ausbildung eines typischen Strickleiternervensystems. In diesem sind die pro Körpersegment zu Nervenknoten verschmolzenen 2 Bauchmarkganglien durch Kommissuren miteinander und durch Konnektive mit benachbarten Ganglien verbunden (Bauchmark). Das Gehirn befindet sich ebenfalls in der Kopfregion des Organismus. In jedem Körpersegment ist in der Regel ein Ganglienpaar ausgebildet. Den Ringelwürmern und allen Gliederfüßern fehlt ein diffuses Hautnervengeflecht.

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Weichtiere

Zu den Weichtieren (Mollusken) gehören u. a. Schnecken, Muscheln und Tintenfische (Kopffüßer, Cephalopoda). Die Entwicklung der Nervensysteme in diesem Tierstamm reicht von sehr einfach (Polyplacophora) bis hoch entwickelt (Cephalopoda mit starker Cephalisation und hoch entwickelten Sinnesorganen). Viele Mollusken besitzen ein Zentralnervensystem aus paarigen Ganglien, welche in verschiedenen Körperteilen lokalisiert und durch Kommissuren oder Konnektive miteinander verbunden sind. Meist verlaufen vier Stränge durch den Organismus. Ursprünglich sind bei den Mollusken fünf Hauptganglienpaare vorhanden:

• Cerebralganglien, die v. a. Den höchsten Grad der Gehirnbildung in dieser Gruppe haben die Cephalopoden erreicht. Die sensorischen Zentren sind im Cerebralganglion lokalisiert. Die übrigen Ganglienpaare haben sich zu einem Unterschlundganglion zusammengeschlossen und enthalten die motorischen Zentren.
• Die Verbindungen zwischen den Ganglienpaaren sind zugunsten der Verschmelzung stark reduziert. Diese Organisation entspricht einem hoch entwickelten Gehirn und zeichnet sich zusätzlich durch Riesen-Axone (Axon = Nervenzellbahn) aus. Am Kopf befinden sich leistungsfähige Augen mit Linsen, welche von innen durch Knorpelgewebe umschlossen und geschützt werden. Beispielsweise gehören Kraken zu den intelligentesten wirbellosen Tieren.
• Sie sind in der Lage, gezielt Gegenstände aus verschlossenen Gläsern mit Schraubverschluss herauszuholen. Damit gelten sie als intelligenter als z. B. Reptilien.
• Aufgrund ihrer Riesen-Nervenzellen und -bahnen sind Kopffüßer und auch Schnecken wichtige Untersuchungsmodelle für die neurobiologische Forschung. Zum Beispiel wurden grundlegende Erkenntnisse über den Mechanismus der Entstehung eines Aktionspotenzials (AP) an den Riesen-Axonen des Tintenfischs gewonnen. Besonders wichtig war die Aufklärung der Grundlagen der Nervenleitung an Riesen-Nervenfasern von Kalmaren. Schnecken werden häufig für Untersuchungen zur Regeneration von Neuronen, der Funktion von Neurotransmittern sowie der Erforschung der Mechanismen des Lernens und Gedächtnisses eingesetzt. So besitzt die marin lebende Schnecke Aplysia sehr große Neuronen, die sich experimentell leicht manipulieren lassen. Das gesamte NS dieser Schnecke besteht aus ca. 20 000 Neuronen.

Gliederfüßer

Das Zentralnervensystem der Gliederfüßer ähnelt in der Grundkonstruktion dem Bauchmark der Ringelwürmer. Jedoch sind entsprechend den hoch entwickelten Sinnesleistungen und dem komplexen Verhaltensrepertoire übergeordnete Strukturen stärker ausgebildet. D. h. außer dem Gehirn (Verschmelzung von Ganglien im Kopfbereich) sind häufig auch die Ganglien des Brustabschnitts und des Hinterleibs zu großen Nervenknoten verschmolzen. Das typische Strickleiternervensystemmuster „ein Segment - ein Ganglienpaar“ kommt dadurch bei adulten Tieren nur selten zur Ausprägung. Es ergibt sich eher das Schema einer unpaaren Kette.

Das Nervensystem besteht aus einem Gehirn, den Schlundkonnektiven (Längssträngen) und den ventralen Strängen (Strickleiternervensystem). Bei vielen Insekten kommt es durch das Zusammenschließen vieler einzelner Nervenpunkte zu mehreren größeren Knoten zur Tendenz einer Dezentralisierung. Dies äußert sich in dem relativ unabhängigen und eigenständigen Agieren der Brustganglien und des Gehirns im Kopfbereich. Eine Erklärung dafür ist die Steuerung der am Bruststück befestigten vielfältigen Lokomotionsorgane (3 Bein- und 2 Flügelpaare). Des Weiteren sind die Lokomotionsorgane noch mit zahlreichen Sinnesorganen ausgestattet, die bei anderen Tieren der Kopfregion angehören. Somit erscheint eine separate Kontrolle dieser Körperregion sinnvoll.

Gehirngröße und Neuronenanzahl bei verschiedenen Tierarten

Die Gehirngröße und die Anzahl der Neuronen variieren stark zwischen verschiedenen Tierarten. Hier eine Übersicht einiger Beispiele:

• Bakterien: Bakterien benötigen keine Nervenzellen oder ein Nervensystem. Dennoch funktionieren Reizerkennung und Informationsverarbeitung bei den Einzellern nach denselben Prinzipien wie bei komplexeren Organismen: Es gibt Elemente zur Sinneswahrnehmung und solche zum Bewegungsantrieb; die Kommunikation läuft über Signalstoffe innerhalb der Zelle.
• Schleimpilze: Schleimpilze sind kernhaltige Einzeller, die als geißelbewehrte Schwärmer oder kriechende Amöben auftreten und je nach Wasserangebot zwischen beiden Lebensformen wechseln. Physarum polycephalum bringt es auf bis zu zwei Quadratmeter große Exemplare, die sich einen Zentimeter pro Stunde vorwärts schieben und dabei Hindernisse überwinden können. Sie nutzen dieselben Proteine, mit denen auch Menschen ihre Muskeln in Bewegung setzen.
• Fadenwurm (Caenorhabditis elegans): Der Fadenwurm besitzt ein primitives zentrales Nervensystem mit exakt 302 Nervenzellen, die über 6393 chemische Verbindungsstellen und 890 Ionenkanäle vernetzt sind und sich über weitere 1410 Ionenkanäle mit Muskelzellen austauschen.
• Bienen: Das Gehirn von Bienen ist nur etwa einen Kubikmillimeter groß und besteht aus etwa 960.000 Neuronen. Dennoch verfügen Bienen über ein breites Verhaltensrepertoire.
• Oktopusse: Oktopusse gehören zu den Weichtieren und besitzen ein hoch entwickeltes zentrales Nervensystem mit etwa 42.000.000 Neuronen im Gehirn.
• Rabenvögel: Rabenvögel haben etwa 400.000.000 Neuronen im Gehirn und sind bekannt für ihre Fähigkeit, Werkzeuge zu benutzen und herzustellen.
• Elefanten: Elefanten sind die größten Landtiere der Welt und haben entsprechend große Gehirne mit etwa 11.000.000.000 Neuronen im Gehirn.
• Delfine: Delfine haben erheblich größere Gehirne als Menschen mit etwa 5.800.000.000 Neuronen im Gehirn. Diese benötigen Delfine und andere Zahnwale insbesondere für ihr ausgefeiltes auditorisches System.
• Schimpansen: Schimpansen nutzen und fertigen bis zu 20 verschiedene Werkzeuge und setzen sie in wechselnden Zusammenhängen ein. Sie haben etwa 6.200.000.000 Neuronen iim Gehirn.

Hunde vs. Katzen: Ein Intelligenzvergleich

Wer sich immer schon gefragt hat, welches Tier eigentlich schlauer ist - Hund oder Katze - kann hier ein paar interessante Ansätze finden und sich seine eigene Meinung bilden. Die Frage, ob Katzen oder Hunde schlauer sind, ist schwer zu beantworten, da es keine objektive Definition von Intelligenz gibt und die Fähigkeiten von Hunden und Katzen je nach Persönlichkeit und Erfahrung variieren können.

Anzahl der Neuronen

Die für Tierbesitzer wichtigen Forschungsergebnisse in diesem Bereich wurden im Fachmagazin Frontiers in Neuroanatomy veröffentlicht und von der Leiterin der Studie, Suzana Herculano-Houzel, beschrieben. Ihr Team befasste sich mit verschiedenen Tierarten. Jeweils zwei Gehirne einer Spezies wurden untersucht, die Großhirnrinden zu einer Art Hirnsuppe zerkleinert und daraus gezählt, wie viele Neuronen das jeweilige Tierhirn zu bieten hat. Die Hunde schnitten mit ihrer halben Milliarde von kortikalen Neuronen ganz gut ab.

Fähigkeiten und Verhalten

• Hunde: Hunde wollen neben ihren Talenten auch gefallen. Laut einer englischen Studie haben Forscher der University of Salford (England) im Kommunikationsverhalten von Hunden 47 verschiedene Gesten gefunden. Mit diesen kommunizieren Hunde aktiv und willentlich mit dem Menschen. Hunde haben eine hohe soziale Intelligenz: Sie sind in der Lage, menschliche Emotionen zu erkennen und darauf zu reagieren. Sie sind auch dafür bekannt, mit Menschen zusammenzuarbeiten, um Aufgaben zu bewältigen (Quelle: Müller, C. A., Schmitt, K., Barber, A. L. A., & Huber, L. (2015). Dogs can discriminate emotional expressions of human faces.
• Katzen: Katzen sind für ihre Unabhängigkeit und Selbstständigkeit bekannt. Sie können ihre Umgebung erkunden und ihre eigenen Entscheidungen treffen (Quelle: Bradshaw, J. W. (2016). Sociality in cats: A comparative review. Katzen zeigen auch Anpassungsfähigkeit: Sie sind in der Lage, sich an verschiedene Umgebungen und Situationen anzupassen, was auf ihre Intelligenz hindeutet (Quelle: Vitale, K. R., & Udell, M. A. (2019). The quality of being resourceful: Cat cognition.

Studien zur Intelligenz von Hunden und Katzen

Es gibt eine beträchtliche Anzahl von Studien zur Intelligenz von Hunden und Katzen, die in den letzten Jahren durchgeführt wurden. Die Studien basieren auf verschiedenen Kategorien wie Gehorsam, instinktive Fähigkeiten, adaptive Fähigkeiten und die Fähigkeit, Aufgaben zu lösen und mit ihren Besitzern zu kommunizieren.

Intelligenz ist mehr als nur die Anzahl der Neuronen

Die Forschungsergebnisse zeigen, dass die Anzahl der Neuronen allein nicht ausschlaggebend für die Intelligenz eines Tieres ist. Es kommt auch auf die Organisation und Vernetzung der Neuronen an. So haben beispielsweise Rabenvögel zwar weniger Neuronen als Affen, aber dennoch erstaunliche kognitive Fähigkeiten.

Professor Güntürkün betont, dass die Anzahl der Nervenzellen nur ein Kriterium für die Intelligenzleistung von Tieren sein kann und manchmal die falsche ist. Es ist wichtig, die kognitiven Fähigkeiten von Tieren in verschiedenen Bereichen zu untersuchen, um ein umfassendes Bild ihrer Intelligenz zu erhalten.

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