Nervensystem der Wirbeltiere: Aufbau und Funktion

Das Nervensystem ist ein komplexes Netzwerk, das für die Steuerung und Koordination der Körperfunktionen von Wirbeltieren unerlässlich ist. Es ermöglicht die Wahrnehmung der Umwelt, die Verarbeitung von Informationen und die Reaktion auf Reize. Das Nervensystem der Wirbeltiere ist hierarchisch strukturiert und besteht aus verschiedenen Komponenten, die eng miteinander zusammenarbeiten.

Gliederung des Nervensystems

Das Nervensystem der Wirbeltiere ist in drei Hauptkomponenten unterteilt:

1. Zentralnervensystem (ZNS): Es besteht aus Gehirn und Rückenmark. Hier findet die Verarbeitung der Information statt.

2. Peripheres Nervensystem (PNS): Es dient dem Zuführen von Sinneseindrücken (Afferenz) durch sensorische Nerven und dem Übertragen von Impulsen zu den Erfolgsorganen (Efferenz) durch motorische Nerven. Das Periphere Nervensystem kann als Filiale des ZNS betrachtet werden. Gehirn und Rückenmark (ZNS) können nicht überall sein. Die zu- und ableitenden Nervenfasern schon!

3. Vegetatives Nervensystem (VNS): Es steuert unwillkürliche Bewegungen mit den Hauptnerven Sympathicus und Parasympathicus und reguliert die inneren Organe, z.B. die Verdauungsorgane.

   Lesen Sie auch: Enterisches Nervensystem vs. Vegetatives Nervensystem: Ein detaillierter Vergleich

Das Zentralnervensystem (ZNS) im Detail

Das Zentralnervensystem (ZNS) des Menschen umfasst Gehirn und Rückenmark, bzw. die darin lokalisierten Nervenstrukturen, die eine zentrale Reizverarbeitung aller einlaufender sensorischer Reize ermöglichen. Rein topographisch ist das ZNS vom PNS abgegrenzt. funktionell bilden ZNS und PNS aber eine Einheit!

Im ZNS können zwei Gewebetypen deutlich unterschieden werden: weiße Substanz und graue Substanz. Die graue Substanz liegt im Gehirn außen, im Rückenmark innen. Die graue Substanz wird vorwiegend aus den Zellkörpern der Nervenzellen gebildet, während die weiße Substanz überwiegend aus den Nervenzellfortsätzen oder Axonen besteht.

Das Gehirn

Das Gehirn ist die oberste Schaltzentrale im Wirbeltier (Beispiel Mensch) und wiegt im erwachsenen „Durchschnittsmenschen" ca. 1330 g. Dieser kleine Anteil des Körpers benötigt täglich ca. Für das Weiterleiten von Informationen innerhalb eines Organismus ist das Nervensystem zuständig.

Das Gehirn ermöglicht uns Menschen komplexe Denkprozesse und ist an der Steuerung der meisten Funktionen unseres Körpers beteiligt. Sinneseindrücke werden bei Tier und Mensch im Gehirn interpretiert und fast gleichzeitig die Entscheidung zur Reaktion getroffen. Unser Gedächtnis ist die Fähigkeit unseres Nervensystems, aufgenommene Informationen und Eindrücke zu kodieren, zu speichern und abzurufen. All diese Funktionen des Gehirns sind in verschiedenen Hirnregionen verortet.

Die verschiedenen Hirnabschnitte und ihre Funktionen:

• Nachhirn: Das Reflexzentrum unseres Körpers. Es steuert unter anderem die Atmung, den Blutdruck und den Kreislauf.
• Kleinhirn: Das Kleinhirn, das sich nach hinten auswölbt, koordiniert sämtliche Bewegungsabläufe und steht mit dem Gleichgewichtsorgan in Verbindung.
• Mittelhirn: Das Mittelhirn ist eine Zentralstelle für viele Reflexe und ermöglichen unter anderem die Bewegungen unserer Augen, die Adaption und Akkomodation.
• Zwischenhirn: Im Zwischenhirn befindet sich die Schaltstation der Nerven, die aus dem Körper zum Gehirn und vom Gehirn in den Körper führen. Es reguliert die Körpertemperatur, sowie verschiedene Gefühle wie Hunger, Durst oder Aggression.
• Großhirn: Das Großhirn ist der größte der fünf Hirnabschnitte.

Das Rückenmark

Das Rückenmark liegt im Wirbelkanal der Wirbelsäule und ist des Zentralnervensystems. Durch Nervenfasern steht das Rückenmark mit allen Teilen des Körpers und mit dem Gehirn in Verbindung. Es leitet nicht nur Signale weiter, sondern interpretiert auch Reize. So werden Reflexe wie der Kniesehnenreflex direkt im Rückenmark ausgelöst, um eine schnellere Reaktion zu ermöglichen.

Lesen Sie auch: Wie das vegetative Nervensystem die Blase beeinflusst

Der Aufbau des Rückenmarks unterteilt sich in die graue und die weiße Substanz. Um diese Unterscheidung zu verstehen, muss man wissen, dass Nervenzellen aus einem Zellkörper und einem stark verlängerten Abschnitt, dem Axon, bestehen. Die graue Substanz im Inneren des Rückenmarks enthält nämlich hauptsächlich die Nervenkörper, in denen Signale entstehen. Weitergeleitet werden die Signale über die Axons.

Das Periphere Nervensystem (PNS)

Das periphere Nervensystem spaltet sich in das somatische und vegetative Nervensystem. Der somatische Teil leitet Informationen zur Steuerung der Gliedmaßen an die Muskeln oder auch Sinneseindrücke an das zentrale Nervensystem weiter. Das vegetative Nervensystem steht dagegen im engen Kontakt mit unseren Organen.

Das vegetative Nervensystem (VNS)

Das vegetative Nervensystem (VNS) wird aus Sympathicus, Parasympathicus und dem Darmnervensystem gebildet. Das VNS steuert die inneren Organe, die für die Nährstoff- und Sauerstoffversorgung sowie für die Abfallentsorgung zuständig sind. Dabei arbeitet es autonom, also willkürlich, und ist nicht aktiv zu kontrollieren.

Sympathicus und Parasympathicus wirken bei der Regulation vieler Prozesse antagonistisch, also gegeneinander. Während der Parasympathicus der Regeneration dient, ist der Sympathicus bei körperlicher Ertüchtigung besonders aktiv. Nicht verwunderlich, dass sich die beiden Systeme, gemessen am Tag-Nacht-Rhythmus (Aktivität vs. Schlaf), in ihrer Wirkung quasi abwechseln.

Außerhalb des Tag-Nacht-Rhythmus wird der Sympathicus in Alarmsituationen aktiv, es kommt zur Ausschüttung von Stresshormonen (Adrenalin und Noradrenalin), die Herzschlagfrequenz wird beschleunigt, ebenso die Atemfrequenz, die Leber erhöht die Glucosefreisetzung, die Pupillen weiten sich. Für den Zustand höchster Leistungsfähigkeit werden dagegen Systeme gehemmt, die die Leistungsfähigkeit nicht steigern: Die Speichelproduktion wird gehemmt, ebenso wie Magen oder Bauchspeicheldrüse.

Lesen Sie auch: Sympathikus und Parasympathikus detailliert erklärt

Der Parasympathicus dient der Regeneration, der Erhaltung und dem Aufbau von Energie.

Neuron: Die Grundeinheit des Nervensystems

Neuron: Die Grundeinheit des Nervensystems, die für den Empfang und die Signalübertragung von elektrischen Signalen verantwortlich ist. Neuronen spielen eine entscheidende Rolle im zentralen Nervensystem und sind essenziell für die Aufrechterhaltung der Homöostase biologischer Systeme. Sie ermöglichen die Kommunikation zwischen verschiedenen Körperteilen und sind entscheidend für die Reaktion auf Umweltreize.

Der Aufbau von Nervenzellen und Gliazellen ist essentiell für das Verständnis der Nervenzellfunktion. Eine Nervenzelle besteht aus dem Zellkörper (Soma), den Dendriten und dem Axon. Die Myelinscheide, gebildet von Schwann-Zellen, umhüllt das Axon und ermöglicht eine schnelle Signalweiterleitung. An den Ranvier-Schnürringen wird das elektrische Signal verstärkt. Die verschiedenen Gliazellen erfüllen unterschiedliche Aufgaben: Astrozyten versorgen Neuronen mit Nährstoffen und bilden die Blut-Hirn-Schranke.

Die Reizleitung basiert auf elektrochemischen Vorgängen an der Zellmembran. Im Ruhezustand besteht eine Potentialdifferenz von etwa -70 mV zwischen Zellinnerem und -äußerem. Die Zellmembran enthält spezielle Ionenkanäle, die sich bei Reizung öffnen und schließen können. Dadurch entstehen Aktionspotentiale, die sich entlang des Axons fortpflanzen. Das Aktionspotential ist ein kurzzeitiger Spannungsimpuls, der sich wellenförmig über die Nervenzelle ausbreitet. Die Refraktärzeit nach einem Aktionspotential ist wichtig für die gerichtete Weiterleitung des Signals. In der absoluten Refraktärzeit kann kein neues Aktionspotential ausgelöst werden, in der relativen Refraktärzeit ist ein stärkerer Reiz nötig.

Nervenkommunikation bei Tieren

Tierische Nervensysteme arbeiten durch ein Netzwerk von Neuronen, die elektrische Signale weiterleiten. Die Kommunikation erfolgt auf mehreren Ebenen:

• Sensory Input: Aufnahme von Reizen über Sinnesorgane.
• Signalverarbeitung: Analyse und Interpretation der Informationen im Gehirn oder via einfache neuronale Schleifen.
• Motorischer Output: Umsetzung von Impulsen in Bewegungen oder andere Reaktionen.

Diese Schritte ermöglichen eine präzise und schnelle Reaktion auf die sich ständig ändernden Bedingungen in der Umgebung.

Ein bekanntes Beispiel der Nervenkommunikation ist der Reflexbogen bei Fröschen. Wenn ein Frosch berührt wird, erzeugt das Nervensystem eine blitzschnelle automatische Rückzugsbewegung, bevor das Gehirn den Reiz vollständig verarbeitet hat.

Bei Vögeln kann die akustische Kommunikation sehr komplex sein und beinhaltet oft Lernprozesse über Generationen hinweg, um artenspezifische Gesänge zu perfektionieren.

Die Anpassungsfähigkeit des Nervensystems zeigt sich deutlich in Tierarten, die spezielle Lebensräume bewohnen. Pfeilgiftfrösche besitzen hoch spezialisierte Neuronen, die ihren neurotoxischen Verteidigungsmechanismus unterstützen. Durch evolutionäre Prozesse haben sich ihre Nervenbahnen so entwickelt, dass sie diese Toxine selbst überstehen können.

Rolle der Nervenkommunikation in tierischem Verhalten

Die Nervenkommunikation spielt eine wesentliche Rolle im tierischen Verhalten und ist für komplexe Interaktionen verantwortlich. Wichtige Funktionen umfassen:

• Soziales Verhalten: Tiere nutzen Nervensysteme, um soziale Signale zu senden und zu empfangen, z.B. bei der Fortpflanzung oder Aufzucht der Jungen.
• Verteidigung und Angriff: Überlebensstrategien wie Fluchtreaktionen oder Jagdtechniken werden durch effektive Nervenkommunikation gesteuert.
• Nahrungsverhalten: Identifikation und Nutzung von Nahrungsquellen sind stark von sensorischen Signalen abhängig.

Im Tierreich sind Delfine bekannt für ihre komplexen sozialen Strukturen und Kommunikationsmethoden. Sie verwenden Echoortung und eine Vielzahl von Klicklauten für die Jagd und Gruppenkoordination.

Interne tierische Kommunikation kann beeindruckende Formen annehmen. Zum Beispiel verwenden Termiten und Ameisen chemische Signale über Pheromone, um komplexe Gemeinschaften zu organisieren, die vergleichbar mit einer städtischen Infrastruktur agieren.

Tierneuroanatomie: Ein vergleichender Überblick

Die Tierneuroanatomie umfasst mehrere entscheidende Strukturen, die für die Funktionalität des Nervensystems wichtig sind: Gehirn, Rückenmark und periphere Nerven. Das zentrale Nervensystem (ZNS) beinhaltet das Gehirn und das Rückenmark, das die Hauptaufgaben für Verarbeitung und Kontrolle übernimmt.

Betrachte den Katzenreflex, wenn die Beine bei Stürzen schnell ausgerichtet werden. Diese erstaunliche Reaktion wird vom Nervensystem koordiniert.

Ein tief greifender Blick auf die Gehirnfaltung verschiedener Arten zeigt interessante Muster. Speziell bei Raubtieren wie Wölfen sind diese Faltungen ausgeprägter, was direkt mit ihrer Fähigkeit zur Jagd und Koordination von Beutezügen zusammenhängt. Im Vergleich dazu besitzen Pflanzenfresser wie Kühe weniger stark gefaltete Gehirne, was für ihre weniger komplexe Lebensweise typisch ist.

Die Anzahl der Neuronen in Tiergehirnen kann je nach Spezies stark variieren. Zum Beispiel hat ein Hund eine deutlich höhere Anzahl an Neuronen in der Großhirnrinde als eine Katze.

Vergleich von Tierneuroanatomie und menschlicher Neuroanatomie

Zwischen der Tierneuroanatomie und der menschlichen Neuroanatomie gibt es signifikante Ähnlichkeiten und Unterschiede.

Ähnlichkeiten:

• Strukturen wie das ZNS existieren in beiden.
• Grundlegende neuronale Mechanismen sind gleich.
• Sinneswahrnehmung wird in beiden von speziellen Rezeptoren gesteuert.

Unterschiede:

• Die Gehirngröße im Verhältnis zum Körpergewicht variiert stark.
• Menschliche Gehirne haben komplexere Faltungen.
• Tiere besitzen häufig spezifische Anpassungen, wie z.B. die Echoortung bei Fledermäusen.

Diese Unterschiede sind oft eine Antwort auf verschiedene evolutionäre Herausforderungen, die Funktion und Überleben beeinflussen.

Ein aufschlussreiches Beispiel ist der Vergleich zwischen Menschen und Delfinen. Während das menschliche Gehirn für die Sprache optimiert ist, ist das Delfingehirn besonders für die Echoortung in der Unterwasserwelt ausgerichtet.

Interessanterweise hat das Gehirn von Oktopussen, obwohl sie keine Wirbeltiere sind, entwickelte kognitive Fähigkeiten, die sie mit höher entwickelten Tieren vergleichbar machen.

Homöostase und Nervensystem

Homöostase: Der Prozess, durch den biologische Systeme interne Stabilität aufrechterhalten, trotz äußerer Veränderungen. Diese Stabilität ist entscheidend für das Funktionieren des Nervensystems, insbesondere des zentralen Nervensystems, das durch Neuron Signalübertragung elektrische Signale nutzt, um Reaktionen auf Umweltveränderungen zu steuern. Die Aufrechterhaltung der Homöostase biologischer Systeme ermöglicht es Organismen, optimale Bedingungen für ihre physiologischen Prozesse zu schaffen und auf Stressoren effektiv zu reagieren.

Ein tieferer Einblick in die tierische neuronale Koordinationsfähigkeit zeigt das entwickelte Balanciernetzwerk von Katzen. Ihre neuronale Feinabstimmung ermöglicht es ihnen, sich mit Präzision zu bewegen und immer wieder auf ihren vier Füßen zu landen. Diese Fähigkeit resultiert aus einem hoch spezialisierten Gleichgewichtssystem in ihrem Innenohr gepaart mit exzellenter visueller Wahrnehmung.

Multiple Sklerose (MS) und das Nervensystem

Multiple Sklerose (MS) ist eine Autoimmunerkrankung, die das zentrale Nervensystem betrifft und die Funktionen des Symphatikus und Parasymphatikus beeinträchtigen kann. Die Krankheit kann sich in vielfältigen Symptomen äußern, da die Schädigung der Myelinscheide die Nervenleitgeschwindigkeit drastisch reduziert oder ganz unterbricht. Typische Symptome sind Bewegungsstörungen, Sensibilitätsstörungen, Sehstörungen und Probleme mit der Sprachartikulation.

Nervensysteme im Tierreich: Ein Vergleich

Gliederfüßer, wie Insekten oder Spinnentiere, besitzen kein differenziertes zentrales Nervensystem wie die Wirbeltiere. Der Aufbau ihres Nervensystems sieht aus wie eine Strickleiter. Das sogenannte Strickleiternervensystem besteht aus segmental angeordneten Ganglien. Es gibt zwei Hauptnervenstränge, die durch Querverbindungen miteinander verbunden sind. Im Kopfbereich befindet sich das Oberschlundganglion, der größte Nervenknoten bzw.

Das NS der Wirbeltiere zeichnet sich durch die Verlagerung der nervösen Zentralorgane in das Körperinnere (Internation) und durch die Zentralisierung vieler Neuronengruppen zu einem Zentralorgan aus.

Nervensysteme wirbelloser Tiere: Ein Überblick

• Hohltiere (z.B. Quallen): Sie besitzen ein diffuses (zerstreutes), netzartiges System von Nervenzellen, welches an der äußeren Zellschicht über den gesamten Körper verteilt ist. Eine zentrale neuronale Verarbeitungsstelle existiert in diesem Nervennetz nicht, weshalb nur eine geringe oder keine zentrale Steuerung des Organismus möglich ist.
• Stachelhäuter (z.B. Seesterne): Seesterne besitzen beispielsweise einen zentralen Nervenring um die Mundscheibe. Von diesem Ring ziehen radiäre Nervenstränge in die Arme. Seesterne besitzen ein radiärsymmetrisches NS.
• Plattwürmer: Plattwürmer haben bereits ein kleines Gehirn ausgebildet, von dem aus die Markstränge durch den Körper ziehen. Das PNS besteht aus einem Strickleiternetz.
• Schlauchwürmer: Typisch für Schlauchwürmer ist ein relativ niedriger Cephalisationsgrad: Im Bereich des Vorderendes besteht das NS lediglich aus einem Schlundring, über den die Nervenzellen zerstreut verteilt sind.
• Ringelwürmer: Durch die Zusammenfassung der Nervenzellen in den einzelnen Segmentabschnitten der Ringelwürmer kommt es zur Ausbildung eines typischen Strickleiternervensystems.
• Weichtiere: Viele Mollusken besitzen ein Zentralnervensystem aus paarigen Ganglien, welche in verschiedenen Körperteilen lokalisiert und durch Kommissuren oder Konnektive miteinander verbunden sind. Am Kopf befinden sich leistungsfähige Augen mit Linsen, welche von innen durch Knorpelgewebe umschlossen und geschützt werden.
• Gliederfüßer: Das Zentralnervensystem der Gliederfüßer ähnelt in der Grundkonstruktion dem Bauchmark der Ringelwürmer. Das typische Strickleiternervensystemmuster „ein Segment - ein Ganglienpaar“ kommt dadurch bei adulten Tieren nur selten zur Ausprägung.

tags: #Nervensystem #der #Wirbeltiere #Aufbau #Funktion