Нейроны птиц используют в три раза меньше глюкозы, чем нейроны млекопитающих
Птицы обладают впечатляющими когнитивными способностями и демонстрируют высокий уровень интеллекта. По сравнению с млекопитающими примерно того же размера, мозг птиц также содержит гораздо больше нейронов. Теперь новое исследование помогает объяснить, как птицы могут позволить себе поддерживать больше клеток мозга: их нейроны обходятся меньшим количеством топлива в виде глюкозы.
«Больше всего нас удивило не то, что нейроны потребляют меньше глюкозы как таковые — этого можно было ожидать из-за различий в размерах их нейронов», — говорит Кая фон Ойген из Рурского университета в Бохуме, Германия.
«Но величина различий настолько велика, что разница в размерах не может быть единственным фактором, влияющим на это. Это означает, что в мозгу птиц должно быть что-то еще, что позволяет им поддерживать такие низкие затраты энергии».
Ученые говорят, что знаковое исследование, проведенное в 2016 году, показало, что мозг птиц содержит гораздо больше нейронов по сравнению с мозгом млекопитающих аналогичного размера.
Поскольку мозг, как правило, состоит из энергозатратной ткани, возникает важный вопрос: как птицы могут поддерживать такое количество нейронов?
Чтобы ответить на этот вопрос, ученые решили определить энергетический баланс нейронов птиц на основе исследований голубей. Они использовали методы визуализации, которые позволили им оценить метаболизм глюкозы у птиц. Они также использовали подходы к моделированию для расчета скорости метаболизма мозга и потребления глюкозы.
Их исследования показали, что мозг голубя потребляет удивительно низкое количество глюкозы (27,29 ± 1,57 мкмоль глюкозы на 100 г в минуту), когда животное бодрствует. Это приводит к удивительно низкому энергетическому балансу мозга, особенно если сравнивать его с млекопитающими.
Это означает, что нейроны мозга птиц потребляют в среднем в три раза меньше глюкозы, чем нейроны мозга млекопитающих. Другими словами, их нейроны по причинам, которые пока не ясны, менее энергозатратны.
Возможно, различия связаны с более высокой температурой тела птиц или особым расположением их мозга. Мозг птиц также в среднем меньше, чем мозг млекопитающих.
Но их мозг сохраняет впечатляющие возможности, может быть, отчасти из-за менее «дорогостоящих», но более многочисленных нейронов.
«Наше открытие объясняет, как птицы могут поддерживать такое большое количество нейронов без ущерба для вычислительной мощности», — говорит Кая фон Ойген.
«В ходе долгой параллельной эволюции птиц и млекопитающих у птиц развился меньший мозг с большим количеством нейронов, способных к улучшенным когнитивным способностям. И похоже, что комбинированный эффект элементов — небольшого размера нейронов, высокой температуры тела и специфичного для птиц расположения мозга — возможно, породил возможное преимущество в обработке информации нейронами с более высокой эффективностью: дешевые нейроны с расширенной пропускной способностью».
Исследователи говорят, что теперь они хотят больше узнать о том, как нейроны птиц потребляют меньше глюкозы.
Хотя у них есть идеи о том, как это может работать, необходимы дальнейшие исследования и тестирование, чтобы раскрыть «точное механистическое объяснение того, как птицы достигают такой высокой эффективности нейронных процессов».
Исследование было опубликовано в журнале Current Biology.