Evolution und Struktur des Nervensystems: Von Wirbellosen zu Wirbeltieren

Evolutionäre Merkmale des Nervensystems

Wie bereits erwähnt, wird das Nervensystem im Laufe der Evolution der Tiere zunehmend komplexer und weist folgende Merkmale auf:

• Erhöhung der Anzahl der Nervenzellen.
• Konzentration der Nervenzellen im Kopfbereich des Tieres (Cephalisation).
• Zunahme der Anzahl der neuronalen Verbindungen.
• Spezialisierung der Nervenzellen zur Ausführung verschiedener Funktionen.

Nervensystem der Wirbellosen

Die Vitalaktivität der Tiere steht in engem Zusammenhang mit der Organisation und Komplexität ihres Nervensystems. Es gibt verschiedene Modelle:

• Coelenteraten (z. B. Nesseltiere): Sie besitzen eine diffuse Netzstruktur aus Nervenzellen, die ein Nervennetz bilden.
• Echinodermen (Stachelhäuter): Sie weisen eine radiale Struktur auf, die aus einem Netzwerk miteinander verflochtener Nervenzellen besteht.
• Nematoden und Plattwürmer (Platyhelminthes): Aufgrund ihrer bilateralen Symmetrie besitzen sie Cerebralganglien, die ein primitives Gehirn bilden.
• Anneliden (Ringelwürmer) und Arthropoden (Gliederfüßer): Sie verfügen über ein Gehirn und periphere Ganglien.
• Weichtiere: Sie sind ein gutes Beispiel für die Beziehung zwischen dem Nervensystem und der Lebensweise. Sessile und sich langsam bewegende Arten wie Muscheln zeigen keine ausgeprägte Cephalisation (Kopfbildung). Kopffüßer hingegen besitzen das modernste zentrale Nervensystem aller Wirbellosen.

Nervensystem der Wirbeltiere

Alle Wirbeltiere weisen die gleiche Grundstruktur auf. Das Nervensystem entwickelt sich aus dem Ektoderm, das das Neuralrohr bildet. Aus diesem Neuralrohr entstehen die vorderen Strukturen des Gehirns und das Rückenmark, das sich nach hinten in der Wirbelsäule erstreckt.

Das Zwischenhirn: Thalamus und Hypothalamus

• Thalamus: Er ist das zentrale Schaltzentrum für die Übertragung motorischer und sensorischer Nachrichten. Bei allen Säugetieren, mit Ausnahme des Geruchssinns, werden sensorische Nachrichten über den Thalamus an die entsprechenden sensorischen Bereiche des Großhirns weitergeleitet.
• Hypothalamus: Dies ist das wichtigste Integrationszentrum für die Regulation der inneren Organe. Der Hypothalamus, der sich oberhalb des Thalamus befindet, sendet Informationen an den Hirnstamm (Bulbus) und das Rückenmark und beeinflusst sowohl das Nervensystem als auch das endokrine System. Bei Reptilien, Vögeln und Säugetieren reguliert er die Körpertemperatur, den Wasserhaushalt sowie sexuelle und emotionale Reaktionen.

Das Mittelhirn

Im Mittelhirn werden sensorische Informationen empfangen, integriert und Anweisungen an die entsprechenden motorischen Nerven weitergeleitet. Die Sehlappen sind auf visuelle Interpretationen spezialisiert.

Das Hinterhirn und Kleinhirn

Das Hinterhirn umfasst das Kleinhirn, das die Muskelaktivität koordiniert. Die Entwicklung des Kleinhirns steht in direktem Zusammenhang mit der Größe und Komplexität der Muskulatur, weshalb seine Größe und Form in den verschiedenen Wirbeltierklassen variieren.

Entwicklung und Spezialisierung des Gehirns

Obwohl die Gehirne von Wirbeltieren die gleiche Grundstruktur aufweisen, werden wesentliche Teile wie das Kleinhirn und das Telencephalon (Großhirn) bei höheren Wirbeltieren zunehmend komplexer und spezialisierter. Das Telencephalon ist der Ursprung des Großhirns und der Riechkolben.

Der Großteil des Gehirns besteht aus Axonen, die mit Myelin (weiße Substanz) umhüllt sind, während die graue Substanz der Hirnrinde aus neuronalen Zellkörpern und Dendriten ohne Myelin besteht, wodurch sie grau erscheint.

Das Gehirn von Säugetieren ist für viele Funktionen verantwortlich, die bei niederen Wirbeltieren von anderen Gehirnregionen übernommen werden. Darüber hinaus können sich komplexere Assoziations-, sensorische und motorische Lernprozesse entwickeln.

Bei Säugetieren kann die Großhirnrinde einfach und glatt sein, aber in komplexeren Bereichen ist sie durch viele Falten, die sogenannten Gyri (Windungen), vergrößert.

Struktur des Wirbeltier-Nervensystems

• Zentrales Nervensystem (ZNS): Es besteht aus dem Gehirn und dem Rückenmark. Es ist das Kontrollzentrum, das eingehende Informationen integriert und passende Reaktionen entwickelt.
• Peripheres Nervensystem (PNS): Es besteht aus Nerven (Hirn- und Rückenmarksnerven) und peripheren Nervenganglien. Dieses System ist unterteilt in:
  • Somatisches Nervensystem: Gebildet von Nerven, die das ZNS mit den Sinnesorganen und der Skelettmuskulatur verbinden. Es ist verantwortlich für die willkürliche Bewegung des Körpers und die Interaktion mit der Umwelt.
  • Autonomes Nervensystem: Kontrolliert unwillkürliche Vitalfunktionen (Atmung, Herzschlag, Verdauung, ...). Es hat zwei Hauptzweige:
    1. Sympathikus: Setzt das Hormon Adrenalin frei und bereitet den Körper auf Aktivität und Stress vor (beschleunigt Herzschlag, etc.).
    2. Parasympathikus: Wirkt in Ruhesituationen und fördert Erholung und Entspannung (verlangsamt Herzschlag, etc.).

Das Neuron und die Synapse

Das Neuron ist auf die Erzeugung und Weiterleitung von Nervenimpulsen spezialisiert, die durch Änderungen der Membranpolarität entlang des Neurons entstehen.

Wenn kein Reiz vorliegt, befindet sich das Neuron in Ruhe, und seine Membran ist polarisiert, wobei eine größere Menge positiver Ladungen außerhalb der Zelle vorhanden ist. Dieser Ladungsunterschied wird durch die Natrium-Kalium-Pumpe aufrechterhalten, die aktiv 3 Na+-Ionen aus der Zelle pumpt und 2 K+-Ionen in die Zelle lässt.