Einführung
Die Frage, ob Tiere ein Großhirn besitzen, ist eng mit der Erforschung der Intelligenz und kognitiven Fähigkeiten im Tierreich verbunden. Während lange Zeit angenommen wurde, dass das Großhirn und insbesondere die Großhirnrinde (Cortex) ein Alleinstellungsmerkmal höherer Säugetiere und des Menschen ist, zeigen neuere Forschungen ein differenzierteres Bild. Dieser Artikel beleuchtet die Gehirnentwicklung im Tierreich, vergleicht die Gehirnstrukturen verschiedener Tierarten und untersucht, welche Faktoren für Intelligenz und komplexe kognitive Leistungen entscheidend sind.
Evolutionäre Entwicklung des Gehirns
Das Reptilienhirn als Grundlage
Ein entscheidender Fortschritt in der Evolution des Gehirns war die Entwicklung des sogenannten Reptilienhirns, auch Hirnstamm genannt. Dieser Hirnstamm ist der älteste Teil des Gehirns und für grundlegende Überlebensfunktionen wie Atmung, Blutdruck und instinktive Reaktionen verantwortlich. Interessanterweise haben auch wir Menschen diesen Teil des Gehirns von Reptilien wie Krokodilen geerbt. Der Hirnstamm verarbeitet entscheidende Umweltreize und leitet unbewusste Reaktionen, was ihn für das Überleben unerlässlich macht.
Die Entwicklung des Großhirns
In einem weiteren evolutionären Schritt entwickelte sich das Großhirn, das unter anderem Intelligenz ermöglicht. Das Großhirn ist bei Säugetieren und insbesondere beim Menschen stark ausgeprägt. Im menschlichen Gehirn macht es etwa 85 Prozent des Gesamtvolumens aus. Das Großhirn, oder auch Telencephalon, ist der große Klumpen, der Kleinhirn, Stammhirn, Hippocampus & friends umgibt. Die Großhirnrinde (Kortex) ist der äußere, einige Millimeter dicke Bereich, des Großhirns.
Krokodilgehirne: Mehr als nur Instinkt
Obwohl Krokodile im Vergleich zum Menschen ein relativ kleines Gehirn haben, das kaum größer als eine Nussschale ist, ist es höher entwickelt als bei anderen Reptilienarten. Krokodile sind lernfähig und sollen sogar Menschen voneinander unterscheiden können. Dies deutet darauf hin, dass auch bei Reptilien bereits Ansätze für komplexere kognitive Fähigkeiten vorhanden sind.
Universelle Kriterien für Intelligenz
Unabhängig von der spezifischen Architektur des Nervensystems gibt es einige universelle Kriterien, die Intelligenz im Tierreich zugrunde liegen:
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Nervenzellen als Basis
Das Vorhandensein von Nervenzellen (Neuronen) ist eine grundlegende Voraussetzung für Informationsverarbeitung und komplexere Leistungen. Bakterien und einzellige Organismen kommen ohne Neuronen aus, ebenso wie mehrzellige Tiere wie Schwämme. Allerdings sind ihre Reaktionen auf Umweltreize deutlich langsamer. Die schnellere Erregungsübermittlung über Nervenzellen hat das Reaktionsvermögen von Tieren um Größenordnungen beschleunigt.
Die Rolle des Gehirns
Die Bündelung von Neuronen in einem zentralen Organ, dem Gehirn, ermöglicht komplexe Leistungen. Das auffälligste Kennzeichen eines Gehirns ist seine absolute Größe. Da diese an die Körpermaße gekoppelt ist, haben größere Tiere tendenziell größere Gehirne. Innerhalb einer Tiergruppe korreliert die Gehirngröße oft mit der Intelligenz.
Absolute und relative Gehirngröße
Die absolute Gehirngröße ist jedoch nicht der einzige entscheidende Faktor. Wale und Elefanten haben zwar sehr große Gehirne, ihre kognitiven Leistungen erreichen aber nicht die von Primaten mit kleineren Gehirnen. Offensichtlich spielt auch die relative Gehirngröße, also das Verhältnis von Gehirn- zu Körpergröße, eine Rolle. Unter den meisten Wirbeltieren haben größere Arten ein relativ kleineres Gehirn als kleinere. Eine Ausnahme bilden die Primaten, bei denen die Gehirngröße etwa im gleichen Maße ansteigt wie die Körpergröße. Der Mensch setzt hier noch einen drauf: Wir haben pro Kilogramm Körpergewicht dreimal so viel Hirnmasse wie ein Schimpanse und achtmal so viel wie eine Katze.
Neuronendichte und Verschaltungen
Letztendlich kommt es aber nicht nur auf die Größe, sondern auch auf den "Inhalt" des Gehirns an. Die Dichte der Neuronenpackung und die Anzahl der synaptischen Verbindungen zwischen den Nervenzellen sind entscheidend für die Leistungsfähigkeit des Gehirns. Wale sind ein gutes Beispiel dafür, dass ein größeres Gehirn nicht unbedingt mehr Nervenzellen enthalten muss.
Besonderheiten im Vogelreich
Vögel nehmen eine Sonderstellung im Tierreich ein, da sie trotz ihrer relativ kleinen Gehirne erstaunliche kognitive Leistungen erbringen können. Dies liegt unter anderem an der hohen Neuronendichte in ihren Gehirnen. Bei Vögeln sind die Neuronen in großen wie in kleinen Gehirnen gleich dicht gepackt, teilweise sogar noch dichter als bei Primaten. Dies erklärt, warum Vögel trotz ihrer geringen Gehirngröße so erfolgreich sind. Rabenvögel wie Krähen, Elstern und Tannenhäher sind besonders intelligent. Sie setzen Werkzeuge ein, verstecken und finden Futter wieder und erkennen sich selbst im Spiegel.
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Das Großhirn der Vögel
Entgegen der früheren Annahme, dass Vögel kein Großhirn besitzen, wissen wir heute, dass auch Vögel ein Großhirn haben. Das Großhirn besteht aus dem Pallium (lat. Mantel) sowie subpallialen Strukturen wie zum Beispiel den Basalganglien. Bei Säugetieren bildet sich aus dem dorsalen Teil des Palliums der Cortex (lat. Großhirnrinde), der für die höheren kognitiven Leistungen zentral ist. Vögel haben ebenfalls ein Pallium und Basalganglien.
Mittlerweile wissen wir, dass Vögel auch ein dorsales Pallium besitzen, das sich bei Säugern zum Cortex entwickelt. Doch bei den Vögeln entsteht daraus ein Teil des Großhirns, das sich vom Cortex der Säuger deutlich unterscheidet: Es besteht zwar aus denselben Arten von Zellen wie der Cortex im Säugergehirn, aber es ist nicht geschichtet. Während der Cortex der Säuger aus Schichten unterschiedlicher Arten von Neuronen aufgebaut und, etwa beim Menschen, stark gefaltet ist, ist diese Region des Cortex bei Vögeln in Zellhaufen organisiert. Vögel haben also durchaus ein Großhirn, aber sie haben keinen Cortex im eigentlichen Sinne. Sie besitzen somit eine Hirnstruktur, die ein evolutionäres Homolog zum Cortex darstellt und dieselbe Funktion übernimmt.
Die Vögel sind also keineswegs dümmer als die Säugetiere, weil sie diese geschichtete Struktur nicht besitzen. Ihr Gehirn ermöglicht ihnen ähnlich effiziente kognitive Verarbeitungsmechanismen wie bei Säugetieren. Dazu gehören etwa die erstaunlichen Navigationsleistungen mancher Vogelarten und die Fähigkeit, sich an Hunderte von abstrakten Symbolen zu erinnern und sogar logische Schlüsse zu ziehen. Durch die Forschung an Vögeln, vor allem an Tauben, wissen wir also, dass der Cortex der Säugetiere nur eine von verschiedenen Möglichkeiten ist, ein Gehirn so zu organisieren, dass höhere kognitive Leistungen möglich sind.
Intelligenz bei Wirbellosen
Auch bei Wirbellosen wie Insekten und Tintenfischen gibt es bemerkenswerte Intelligenzleistungen. Honigbienen und Oktopusse zeigen komplexes Sozialverhalten, Lernfähigkeit und Gedächtnisleistungen. Die Pilzkörper im Gehirn der Honigbiene sind in zahlreiche Module gegliedert, die parallel viele sensorische, motorische, modulatorische und bewertende Informationen entgegennehmen. Je mehr Neuronen in diesen Modulen liegen, umso komplexer sind die Leistungen, die sie ermöglichen.
Die Rolle der Großhirnrinde
Die Großhirnrinde, auch Cortex genannt, ist der Sitz höherer kognitiver Funktionen wie Sprache, Gedächtnis und abstraktes Denken. Sie ist besonders stark ausgeprägt bei Säugetieren und insbesondere beim Menschen. Die Großhirnrinde des menschlichen Gehirns weist ein charakteristisches Muster von Rillen und Furchen auf, welches dem Kortex eine maximale Oberfläche bei minimalem Raumbedarf im Schädel erlaubt. Nicht alle Säugetiere haben jedoch ein gefaltetes Großhirn.
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Faltung des Gehirns: Nicht immer ein Vorteil
Eine Studie besagt, dass manche Säugetiere schon vor über 200 Millionen Jahren Furchen in der Gehirnoberfläche hatten. Einige Spezies verloren diese im Laufe der Evolution wieder. Demnach wäre das gefaltete Gehirn an sich also kein Vorteil. Es ist sogar eher ein Nachteil, da es den effizienten Informationsfluss einschränkt. Rabenvögel, die als besonders intelligent gelten, haben beispielsweise ein kleines, glattes Großhirn. Generell ist das Großhirn von Vögeln glatt, und dadurch sind die Verbindungswege zwischen den Hirnregionen wesentlich kürzer. Ich vermute, dass das ein großer Vorteil ist und damit ein wichtiger Faktor für die hervorragenden kognitiven Leistungen vieler Vogelarten ist.
Die neuronale Architektur
Die wichtige Frage, bei der Notwendigkeit komplex aufgebauter Gehirne ist nun, was soll genagelt werden, welche Probleme müssen vom Individuum durch kognitive / neuronale Prozesse gelöst werden. Je größer dieses Spektrum wird, desto komplexer muss auch die cerebrale Struktur werden. Ein Säugetier dagegen hat für seine Art zu Leben schon deutlich mehr Aufgaben zu meistern. Während sich jedes Tier auf ein oder mehrere Fähigkeiten spezialisiert hat, ist das Steckenpferd des Menschen das abstrakte, kreative Denken und der die starke Ausbildung sozialen Verhaltens. Es geht vielmehr um den histologischen und neuronalen Aufbau einer Struktur. Man kann also selbst mit vergleichsweise primitiven Hirnstrukturen schon komplexe Aufgaben lösen, solange die einzelnen Nervenzellen in passender Weise miteinander verknüpft sind.
Forschung zu Bewusstsein bei Tieren
Die Fähigkeit der bewussten Wahrnehmung wird bei uns Menschen und unseren nächsten Verwandten im Tierreich den Affen in der Großhirnrinde lokalisiert. Nun haben Forscher durch Messung der Hirnaktivität von Krähen erstmals nachweisen können, dass auch Krähen zu subjektivem Empfinden fähig sind, obwohl die Gehirne von Vögeln völlig anders aufgebaut sind. Die neurowissenschaftlichen Daten weisen darauf hin, dass Krähen in der Lage sind, Sinneseindrücke bewusst wahrzunehmen - eine Fähigkeit, die man bisher nur bei Menschen und anderen Primaten belegen konnte.
Evolutionsgeschichtlich könnten die Ursprünge des Bewusstseins somit viel älter und im Tierreich weiter verbreitet sein, als bisher angenommen. „Die letzten gemeinsamen Vorfahren von Mensch und Krähe lebten vor 320 Millionen Jahren“, sagte Nieder. „Das Wahrnehmungsbewusstsein könnte möglicherweise bereits damals entstanden sein und sich seither weiter vererbt haben.“ Ein alternatives Szenario sei, dass sich das Wahrnehmungsbewusstsein bei diesen entfernt verwandten Arten völlig unabhängig voneinander entwickelt habe, erklärte der Neurobiologe: „In jedem Fall ist die Fähigkeit zu bewusstem Erleben mit verschieden gebauten Gehirnen und unabhängig von der Großhirnrinde realisierbar.“