Manche Lebewesen existieren ganz ohne Gehirn. Und doch hat sich das Denkorgan als der evolutionäre Hit erwiesen. Warum ist das so? Dieser Artikel beleuchtet die faszinierende Welt der Nervensysteme und erklärt, warum manche Tiere ihr Gehirn im Laufe ihres Lebens sogar wieder abbauen.
Die Evolution des Nervensystems: Vom Einzeller zum komplexen Gehirn
Die ersten Lebewesen nutzten chemische Signale zur Kommunikation zwischen Zellen. Diese Art der Kommunikation war für vielzellige Lebewesen aber zu langsam. Die ersten Nervensysteme entstanden als evolutionäre Antwort auf dieses Problem. Sie entstanden vermutlich vor rund 700 Millionen Jahren.
Schon bei den ersten Bewohnern unseres Planeten zeichnen sich die großen Herausforderungen des Überlebenskampfes ab: Wahrnehmen, Reagieren und Kommunizieren. Wer am schnellsten zur Nahrung schwimmt und Fressfeinde erkennt, der hat bessere Chancen zu überleben und die eigenen Gene an die nächste Generation weiterzugeben.
Einzeller haben per definitionem kein Nervensystem. Doch bereits in diesen primitivsten Lebensformen kann man bei näherem Hinsehen erkennen, welche Fähigkeiten die Überlebenschancen verbessern. Zum Beispiel erkennen schon Bakterien mit spezifischen Rezeptoren auf ihrer Oberfläche chemische Lockstoffe in ihrer Umgebung. Bindet der Lockstoff an den Rezeptor, tritt dies im Innern des Bakteriums eine Kaskade molekularer Signale los. Bei einigen Bakterien etwa bringt das innere Signal das Flagellum, eine Art Propeller am Hinterteil, so zum Rotieren, dass es die Zelle auf den Lockstoff zusteuert. Doch Einzeller warten nicht nur auf Signale von außen. Sie schicken sich auch gegenseitig chemische Botschaften.
Nun sind chemische Signale aber nicht besonders schnell. Ein Zuckermolekül zum Beispiel braucht in stillem Wasser bei Zimmertemperatur rund 27 Stunden, um einen einzigen Zentimeter voranzukommen. Elektrische Erregungsleitung über so etwas wie „Kabelbahnen“ hingegen geht in Millisekunden. Der Nachteil: Die Signalstärke nimmt mit zunehmender Entfernung ab. Eine solche passive elektrische Erregung würde also bei kleinen Tieren gut gelingen. Sind aber zwischen den Gliedmaßen große Distanzen zu überwinden, funktioniert auch sie nicht. Deshalb spezialisierten sich bereits vor rund 700 Millionen Jahren einige Zellen in den ersten Vielzellern zu aktiven Erregungsleitern, die Reize aus der Außenwelt mit Rezeptoren auffangen und über lange Leitungen, so genannte Axone, mit Hilfe eines elektrischen Impulses an andere Regionen ihrer Kolonie verschicken: Die Nervenzelle war geboren Auf der Spur der Zellkommunikation.
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Das neue Prinzip der Erregungsweiterleitung bot den Vielzellern gegenüber der rein chemischen Zellkommunikation einen enormen Geschwindigkeitsvorteil - und damit einen evolutionären Vorsprung gegenüber Lebewesen ohne Nervenzellen. Zwar haben sich seither auch die chemischen Signaloptionen weiterentwickelt, zum Beispiel zu effizienten Hormonsystemen in Wirbellosen und Säugetieren. Doch ohne die millisekundenschnellen Signale der Nervenzellen wäre es Tieren nicht möglich, rechtzeitig auf Fressfeinde, Artgenossen oder Beute und andere Nahrungsquellen zu reagieren.
Die frühesten Nervenzellen entstanden wahrscheinlich in Nesseltieren, zu denen heute unter anderem Seeanemonen, Medusen, Hydras und die gemeine Ostsee-Urlaubs-Qualle gehören. Die meisten Nesseltiere besitzen noch heute lediglich simple Netze aus Nervenzellen, mit denen sie sich, ohne etwas davon zu wissen, an Rentnerehepaaren und planschenden Kindern vorbeischieben. Ein solches dezentrales Nervensystem kann aber nur recht simple Reflexe erzeugen, für eine klügere Interpretation verschiedener Sinnesdaten dagegen reicht ein Nervennetz nicht.
Einige Vorfahren der heutigen Quallen waren zudem die Protagonisten einer weiteren evolutionären Première: Vor mindestens 580 Millionen Jahren, das wissen wir von Fossilienfunden, schlossen sich Nervenzellen auf der Körperoberfläche der Nesseltiere erstmals zu Augen, Riech- und Gleichgewichtsorganen zusammen. Nur 10 Millionen Jahre später - auch das zeigen Fossilienfunde - betraten dann erstmals Wesen die Bühne der Urmeere, die sich anschickten, klüger zu sein als die Ahnen der Qualle. Anders als ihre Nesseltier-Verwandten waren diese Tiere spiegelsymmetrisch aufgebaut. Diese so genannten „Zweiseiter” oder „Bilateria“ sind die Vorfahren aller spiegelsymmetrischen Tiere, inklusive der Wirbeltiere, also auch uns Menschen. Als erste Lebewesen hatten sie ein Kopfende mit Augen und einem kleinen Gehirn, Ganglion genannt, und einen verlängerten Körper, durch den Nervenstränge bis zum Hinterteil liefen. Mit einem zentralen Nervensystem konnten die Zweiseiter erstmals Sinnesdaten auf vielfältige Weise verrechnen und so sinnvolle Reaktionen auf Reize entwickeln. Über die Nervenstränge, die den Körper durchzogen, steuerte zudem erstmals ein zentraler Taktgeber Muskelgruppen zielgenau an - es entwickelten sich komplexe Motorprogramme, die den Körper je nach Situation angemessen steuern konnten wie ein Dirigent sein Orchester.
Zum echten Game-Changer aber wurden zentrale Nervensysteme aus einem anderen Grund: Die besonders effiziente Weiterleitung der Erregungen. Nervenzellen sind nicht direkt aneinander gekoppelt. Am Ende ihrer langen Leitung übertragen sie ihre Impulse auf die nachgeschalteten Neurone über einen winzigen Spalt. In diesem Spalt, der so genannten „Synapse”, springt meist kein elektrischer Funke über (siehe Infokasten). Stattdessen schüttet die erste Nervenzelle chemische Botenstoffe in die Synapse, so genannte Neurotransmitter. Diese verbreiten sich von der ersten Zelle über die zweite Neurotransmitter - Botenmoleküle im Gehirn. Der Clou dieser „synaptischen Transmission” ist, dass damit die Informationsverarbeitung relativ simpel geregelt werden kann: Je mehr Botenstoffe in die Synapse ausgeschüttet werden, desto stärker wird die empfangende Zelle aktiviert.
Neben chemischen Synapsen wurden auch elektrische Synapsen entdeckt. Bei dieser elektrischen Kommunikation zweier Zellen spielen so genannte ‚gap junctions‘ eine Rolle - aus Proteinen bestehende Kanäle, die die Zellflüssigkeiten von zwei Neuronen verbinden. So können elektrische Signale Ionenströme durch diese Kanäle ohne Umwege direkt von Zelle zu Zelle weitergeben. „Mit gap junctions kann man viele Zellen über eine größere Entfernung miteinander synchronisieren“, sagt Nils Brose, Direktor der Abteilung für Molekulare Neurobiologie am Max-Planck-Institut für Experimentelle Medizin. „Wenn eine Zelle ein Signal erhält, dann geht das gleich auf die anderen Zellen über, da sie wie Stecker und Steckdose miteinander verbunden sind.“ Das mobilisiert in kürzester Zeit größere Nervenzellgruppen. Obwohl das sehr effizient klingt, kommt diese rein elektrische Form der Weiterleitung eher bei einfacher entwickelten Tieren wie Krebsen vor, wo sie zum Beispiel schnelle Fluchtreaktionen steuern.
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Lernen und Gedächtnis: Die Vorteile komplexer Nervensysteme
Das große Lernen hatte begonnen Wie Erlebnisse zu Erfahrungen werden - das Gedächtnis. Stritten sich bisher nur genetisch vererbte Reflexe im evolutionären Rennen, so begann mit dem Zeitalter der zentralen Nervensysteme der Kampf um das schnellste und sinnvollste Lernprogramm. Schon der simple durchsichtige Fadenwurm C. Elegans, dessen Nervensystem nur 302 Neuronen hat, kann sich erstaunlich viele Dinge merken. Deswegen ist er auch ein beliebtes Versuchstier der Hirnforscher. Zum Beispiel „erschrickt“ der Wurm mit der Zeit immer weniger, wenn neugierige Forscher andauernd gegen seine Petrischale klopfen - zumindest zuckt er weniger zurück. Diese Gewöhnung geht ins Langzeitgedächtnis im Mini-Gehirn der Würmer über. Sie merken sich sogar die Farbe des Umgebungslichtes, bei der ihnen Forscher ein paar Algen zu futtern gegeben haben: ein Beispiel für assoziatives Lernen.
Je komplexer das Nervensystem, desto feiner sind die Unterscheidungen von Sinnesreizen, die ein Lebewesen leisten - und desto ausgefeilter die Reaktionen, die es lernen kann. Und desto vielseitiger werden auch die motorischen Fertigkeiten. Das komplexeste Nervensystem, in der Tat das komplexeste Objekt im bekannten Universum, tragen Säugetiere wie Sie und ich in unserem Schädel herum. Hat der Fadenwurm C. Elegans nur 302 Nervenzellen, so sind es im Säugetierhirn viele Milliarden, und beim Menschen rund 90 Milliarden. Jede einzelne Nervenzelle sendet seine Signale an bis zu Zehntausend Empfänger. Manche Neurone aktivieren nachgeschaltete Zellen, andere hemmen sie; je nachdem, welcher der über einhundert möglichen Neurotransmitter die Synapse nutzt. Bei einer derartigen Komplexität verwundert es nicht, dass zahlreiche Säugetiere auch komplexe Vorstellungen über ihre Lebenswelt haben. In der hohen Anzahl der verfügbaren Nervenzellen und der besonderen Architektur des Cortex liegt ihr evolutionäres Erfolgsrezept. Es erlaubt Säugetieren, aber auch Vögeln und zum Beispiel Tintenfischen, Objekte zu erkennen und zu kategorisieren - Nahrung oder Gift, Freund oder Feind -, mit Artgenossen zu kommunizieren und ziemlich schwierige Rätsel zu lösen.
Und ein Bewusstsein zu entwickeln Was ist Bewusstsein?. Zu solchen Erkenntnissen über die eigene Lebenswelt kommt beim Menschen - und zumindest in rudimentärer Form auch bei einigen Tieren wie etwa Elefanten und Menschenaffen - noch eine Vorstellung hinzu: die vom Selbst oder Ich Was ist dieses Ich?. Wir haben ein Bild von uns, unseren Stärken und Schwächen, unseren Vorlieben und Abneigungen. Menschen mit Hirnverletzungen lassen vermuten, dass die Persönlichkeit, also die Art, wie wir mit Handlungen, Ideen und Emotionen auf unsere Umwelt reagieren, im Frontallappen des menschlichen Cortex angesiedelt ist. Und wie alle anderen Vorstellungen nicht in Hirn „gemeißelt“ sein muss. Nicht nur Verletzungen des Frontallappens zeigen, dass unser Selbst ein wandelbares Konstrukt ist. Drogen, Lebensereignisse, hormonelle Veränderungen - etliche Einflüsse auf die Informationsverarbeitung in unserem Gehirn verändern, wie wir die Welt und uns selbst wahrnehmen. Auch Sie sind nicht mehr dieselbe Person, die sie in der ersten Grundschulklasse waren. Und wenn Sie diesen Artikel aufmerksam genug gelesen haben, ist ihr Gehirn schon jetzt nicht mehr dasselbe wie vor wenigen Minuten. Ob unsere Vorstellungen von der Welt und unseres Selbst die Wirklichkeit angemessen widerspiegeln, kann man allerdings bezweifeln. Wir haben keine Intuition für die vierdimensionale Raumzeit, die Einstein als Wesenszug dem Universum nachwies. Wir können mit der mysteriösen Uneindeutgkeit der Quantenphänomene nichts anfangen. Selbst in allzu banalen Alltagssituationen zeigt sich, dass unser so komplexes Gehirn regelmäßig überfordert ist und auf archaischere Reaktionsmuster zurückgreift: Bei Stau auf dem Weg von der Arbeit nach Hause verhalten sich manche von uns wie Paviane während der Paarungszeit. Und trotz besseren Wissens locken unnachgiebig unsere Laster.
Die Seescheide: Ein Leben ohne Gehirn
Wer nur dumm zu Hause rumsitzt, der braucht eigentlich kein Gehirn. Das jedenfalls scheint das Beispiel der Seescheide zu beweisen. Als Larve ähnelt sie ein wenig einer Kaulquappe und schwimmt munter durch die Felsenlandschaften im heimatlichen Küstenwasser. Wird sie aber größer, sucht sie sich ein gemütliches Plätzchen - und startet eine erstaunliche Metamorphose: Sie verwandelt sich in eine primitiv anmutende Röhre, die Plankton aus dem Meerwasser filtert. Und weil diese Aufgabe nicht viel Grips verlangt, absorbiert sie während der Verwandlung kurzerhand das eigene Gehirn. Hat man keine hohen Ansprüche ans Leben, braucht man also nicht unbedingt ein Gehirn.
Die Seescheide ist eine Meeresbewohnerin, die in Felstümpeln lebt. Im frühen Lebensstadium als Larve besitzt die Seescheide ein Auge, das mit einem primitiven Gehirn vernetzt ist. Dieses wiederum ist mit einem einfachen Rückenmark verbunden. In diesem Stadium kann die Seescheide schwimmen, jagen und die Balance halten. In ihrer weiteren Entwicklung wird die Seescheide sesshaft und bleibt ihr restliches Leben lang in diesem Zustand. Sie klebt quasi am Fels. Sobald sie dieses festsitzende Stadium erreicht hat, beginnt sie, ihr Gehirn samt Rückenmark und Auge aufzufressen und zu verdauen. So wird sie zu einer Art Magen - ein vegetativer Organismus - durch dessen Öffnung Nahrung einströmt und im Inneren verdaut wird.
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Für bestimmte Quallen ist der Vorgang umgekehrt. Sie beginnen als gehirnlose Polypen, die an Steinen und Felsen kleben und haben Tentakeln, die im Wasser wedeln. Sobald sie ausgewachsen sind, schwimmen sie frei im Wasser umher und beginnen Nervennetze - primitive Gehirne - zu entwickeln. Die Lektion ist klar: “Die Evolution hat Gehirne für die Bewegung geschaffen. Wenn Sie sich festsetzen, auf Bewegung verzichten, an einer Stelle bleiben, genügend Nahrung in Ihrer unmittelbaren Umgebung verfügbar haben, wozu brauchen Sie dann noch ein aufwändiges Gehirn?” (Shane O’Mara. Das Glück des Gehens, 2. Das ist eine starke Botschaft: Wenn wir uns nicht bewegen, degeneriert unser Gehirn.
Bewegung und geistige Aktivität: Das Lebenselixier für das Gehirn
Bewegung ist das Lebenselixier unseres Gehirns und: “Wer sich nicht bewegt, braucht kein Gehirn.“ Anders ausgedrückt: Stillstand braucht kein Gehirn.
Genau zu diesem Thema passend, erhielt ich vor einigen Tagen den Newsletter von Arnold Schwarzenegger - The Positive Corner of the Internet 💪😂- sehr empfehlenswert! In diesem Newsletter wurde eine Studie vorgestellt, die dasselbe Phänomen für geistigen Stillstand aufzeigt. So treten etwa Demenzerkrankungen bei Menschen, die aufgehört haben zu lernen und Neues auszuprobieren, weitaus häufiger auf. Vor einigen Jahrzehnten noch war die gängige Meinung, dass die Degeneration des Gehirns eine natürliche Begleiterscheinung des Älterwerdens wäre. Erhöhte kognitive Anforderungen verbessern nachweislich die Funktion unseres Gehirns.
Warum sollten wir also den passiven Lebensstil überdenken und uns mehr bewegen?
- Gehirngesundheit: Unser Gehirn ist nicht dafür gemacht, ständig still zu sitzen. Es braucht Stimulation. Beim Gehen und bei kognitiven Anforderungen werden neue neuronale Verbindungen hergestellt, und die Durchblutung des Gehirns wird verbessert.
- Emotionales Wohlbefinden: Jeder Schritt an der frischen Luft ist auch ein Schritt zu einem glücklicheren Lebensgefühl. Körperliche Bewegung setzt Endorphine frei - die berühmten Glückshormone. Dasselbe gilt für das Meistern von Problemen und den Mut, Neues zu lernen.
- Körperliche Gesundheit: Es ist kein Geheimnis, dass Bewegung gut für den Körper ist. Und Gehen ist ein sanftes und dennoch effektives Training. Es stärkt das Herz, fördert die Durchblutung und kann das Risiko von chronischen Krankheiten reduzieren. Und das Beste daran?
- Soziale Verbundenheit: In unserer digitalen Ära, in der soziale Interaktion oft auf Bildschirme beschränkt ist, bietet das Gehen eine echte, körperliche Verbindung.
- Bewusstes Wahrnehmen - präsent sein: Immer in Eile nehmen wir uns selten die Zeit, unsere Umgebung wirklich wahrzunehmen. Ein Spaziergang durch die Stadt, im Park oder im Wald erlaubt es uns, die Schönheit und die Details unserer Umgebung mit allen Sinnen wahrzunehmen.
Wenn wir all diese Vorteile des Bewegens betrachten, stellt sich die Frage: Warum sind wir dann so versessen darauf, sesshaft zu werden, sowohl physisch als auch geistig? Vielleicht, weil uns der moderne Lebensstil in die Komfortzone drängt? Und die Komfortzone bedeutet Ge-WOHN-heit. “Da wohne ich, da kenn’ ich mich aus. Aber wie Seescheide und Qualle uns lehren, hat Stillstand und Sesshaftigkeit einen hohen Preis. Machen wir doch körperliche und geistige Bewegung zu einem festen Bestandteil unseres Lebens! Ob wir uns für einen kurzen Spaziergang in der Mittagspause, für das Nachhause-GEHEN statt mit dem Bus zu fahren, entscheiden oder ob wir lieber in die Natur wandern. Das Leben ist eine fortwährende Bewegung und eine aufregende Entdeckungsreise. Bleiben wir lebendig, solange wir leben! Das ist doch viel aufregender, als in der Bequemlichkeitsfalle zu versinken.
Unser Gehirn: Ein Super-Netzwerk im ständigen Einsatz
Dennoch hat sich die Entwicklung komplexer Nervenzellverbünde im Zuge der Evolution bei Lebewesen offenkundig durchgesetzt. Sonst würden wir sie nicht in allen ökologischen Nischen der Erde finden - wir würden im Übrigen überhaupt nichts finden, weil es uns nicht gäbe.
Unser Gehirn hat sich in den letzten 500 Mio. Jahren entwickelt. Eine Qualle hat noch kein echtes Gehirn, also können wir sie mit ihren \“Nervenbündeln\“ getrost an uns vorbei schwimmen lassen 😉 Die nächsten spannenden Lebewesen, die uns die Evolution beschert hat, sind die Seescheiden. Haben die Seescheiden ihren Ankerplatz am Meeresboden gefunden, verdauen sie ihr Gehirn einfach (Nr. 7, Türkis, das Neuralrohr). Zack, weg! So setzt sich die Entwicklung unseres Nervensystems fort und es wird immer komplexer und wir sind mittlerweile bei 128 Billionen Nervenzellen und dem ausgeklügeltsten Netzwerk angekommen, das bisher in unserem Universum gefunden wurde. Unser Gehirn ist ein Energiefresser, es verbraucht zwischen 25 und 60% unserer gesamten Energie. Warum haben sich unsere Vorfahren und wir uns so ein Monstrum geleistet? Die Antwort ist simpel und und genial zugleich: Unser Nervensystem hilft uns zu Überleben und eine Nische in unserer Umgebung zu finden. Denn seit dem einer unserer Vorfahren auf die Idee kam, nicht mehr 24/7 Algen und Co. Und da kommen wir zu einer zweiten grundlegenden Beschaffenheit, die unser Super-Brain benötigt, um reagieren zu können, die Geschwindigkeit.
Unser Gehirn nutzt Trillionen von Nervenverbindungen, steuert, kontrolliert und balanciert über 600 Muskeln, reguliert dutzende Botenstoffe, lenkt Blutflüsse und steuert die Verdauung und nebenbei die Körperpolizei, und das alles in einer super komplizierten Welt! Energieeffizienz ist der Schlüssel fürs Überleben, jede Aktion ist eine “ökonomische” Entscheidung, sie geht auf unser Körper-Konto, ob wir wollen oder nicht. Unsere Netzwerke sind ständig aktiv und verbraten damit mindestens 20% unserer kostbaren Energie für “Tagträumerei”, Grübeln und Gedanken umherschweifen lassen? Da läuft ein “Zukunfts-Erfahrungs-Simulator”, der unser Umfeld und unseren Körper ständig scannt und checkt, ob uns etwas aufs Körperkonto geht oder gehen könnte! Unsere Gedanken, Tagträumerein dienen dazu Glaubenssätze zu entwickeln und zu überprüfen und daraus schnell Vorhersagen und Entscheidungen treffen zu können.
Was wir sehen ist doch wirklich da, oder? Siehst du die zwei Vierecke A und B auf dem Schachfeld links? Haben sie die gleiche Farbe oder nicht? A ist dunkel und B ist heller? A und B haben die gleiche Farbe!! Schau dir das rechte Bild mal an. Aber warum sieht dein Gehirn einen Unterschied? Weil es die Vorhersage trifft, dass alle Farben auf dem Schachbrett regelmäßig verteilt sind und das B im Schatten des Kegels liegt und daher eigentlich heller sein müsste. Wir beeinflussen was wir sehen, es ist eine Mini-Halluzination! Und warum das Ganze Theater? Unser Gehirn nimmt die Realität NICHT objektiv wahr! Unser Gehirn konstruiert eine Realität, um unseren Körper steuern, schnell reagieren und unser Überleben sichern zu können und nimmt dabei \“Verzerrungen\“ der Wirklichkeit in Kauf.
Wir haben kein Tier in uns und auch kein \“Unterbewusstsein\“ im klassischen Sinne, das wir mit unserem rationalen Denken bezwingen müssen. Puh, ein Glück! Aber was passiert denn dann in unserem Kopf, wenn wir uns nicht auf die leckere Sahnetorte stürzen wollen? Unser Gehirn ist ein perfektes Vorhersageorgan und arbeitet als Super-Netzwerk. Es gleicht die vorhandenen Informationen (leckere Torte) mit seinen Glaubenssätzen ab (Süss ist gut für den Winterspeck), um eine möglichst \“überlebenssichernde\“ Vorhersage zu treffen (dieses Festmahl sichert mein Überleben). Glücklicherweise durften unsere Vorfahren ohne die Lobbyarbeit der Zuckerindustrie aufwachsen und somit für sie nützliche Glaubenssätze entwickeln (Süß ist Mega!). Dass wir unsere Glaubenssätze überarbeiten (raffinierter \“weißer\“ Zucker ist Scheiße!), ist jedoch in der heutigen Zeit der Haifisch-Snickers-Kapitalisten essentiell, da wir sonst dick und fett und die Haifische stinkereich werden!
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