Particularitățile creierului de balenă

de prof. dr. Klaus Wächtler | WuM | Hanovra | 19 ianuarie 2005

Prelegere cu demonstrații

Prof. Dr. Klaus Wächtler
Institutul de Zoologie, Universitatea de Medicină Veterinară din Hanovra
Conferință miercuri, 19 ianuarie 2005
la Universitatea de Medicină Veterinară din Hanovra,
Sala de curs a Institutului Anatomic

Vedere laterală a creierului delfinului cu botul (după Langworthy)

rezumat

- 1. Introducere
  - 1.1. Animale marine primare și secundare
- 2. balene
  - 2.1. Originea și sistemul
  - 2.2. Note despre anatomie
    - 2.2.1 Forma corpului
    - 2.2.2. piele
    - 2.2.3. mărimea
    - 2.2.4. schelet
    - 2.2.5. craniu
    - 2.2.6. creier
- 3. Creierul de balenă
  - 3.1. Greutatea creierului în comparație
  - 3.2. Anatomia creierului de balenă
    - 3.2.1. Prezentare generală a subsistemelor
    - 3.2.2. Reducerea sistemului olfactiv
    - 3.2.3. Simtul gustului
    - 3.2.4. Sistem optic
    - 3.2.5. Sistem acustic
    - 3.2.6. Alte caracteristici speciale
- 4. Concluzie
  - 4.1. Exemplul opus: gradul scăzut de cefalizare la lamantini

1. Animale marine primare și secundare

Fig. 1: Mamifere terestre - întoarcere de la uscat la mare, modificată de la Heintz și Störmer

Majoritatea animalelor sunt animale marine primare. Cei mai de succes locuitori ai pământului sunt insectele, arahnidele, niște păduchi, melci pulmonari, reptile, păsări și mamifere. Doar câteva grupuri s-au întors la mare mai mult sau mai puțin complet (Fig. 1).

În acest tabel, la care ar trebui adăugate câteva insecte și acarieni și, din grupul tetrapodelor, o broască marină, Rana cancrivora (Remmert 1992), doar balenele și lamantinii au devenit animale marine pure (Fig. 2). Toate celelalte se hrănesc în sau lângă mare, pot înota rapid și se pot scufunda profund, dar depind de rămânerea pe uscat, cel puțin în timpul reproducerii.
În acest moment ar trebui să fie vorba despre balene și creierul lor. Înainte de aceasta, însă, câteva remarci despre caracteristicile speciale ale planului de construcție al balenei.

2. balene
2.1. Originea și sistemul

Fig. 2: Animale marine secundare din diferite ordine de tetrapode

Balenele au apărut în urmă cu aproximativ 60 de milioane de ani în vechiul terțiar din strămoși care le leagă de animalele cu copite de astăzi, în special hipopotamul. Prin etape cu picioare scurte, care aveau o anumită asemănare cu crocodilii și trăiau în zona coastelor puțin adânci, au devenit animale marine care nu mai pot trăi pe uscat, deși au rămas respirații pulmonare.
În prezent, acestea sunt reprezentate cu aproximativ 86 de specii în 40 de genuri și 14 familii și sunt, de obicei, conectate la balenele primare (Archaeoceti) ca două subordonări lungi separate, balenele cu dinți (Odontoceti) și balenele cu balene (Mysticeti) (Fig. 4). O caracteristică comună importantă a acestor trei grupuri este structura capsulei urechii (timpanoperioticum), care constă din material osos de porțelan, în balenele recente fiind înconjurată de perne de grăsime și țesut conjunctiv și nu este contopită cu craniul.
Deoarece dinții tuturor balenelor pot fi cel puțin embrionari, separarea dintre balenele cu dinți și balenele este privită de unii taxonomi ca fiind mai puțin fundamentală astăzi. După evaluarea asemănărilor anatomice, genetice și biochimice cunoscute în prezent, Klima (2004) sugerează împărțirea în 5 grupuri (probabil superfamilii) (Fig. 3)

Clasificarea balenelor în conformitate cu CLIMA (2004)

2.2. Note despre anatomie
2.2.1. forma corpului

Nu este o coincidență faptul că cetaceele sunt denumite în mod popular balene și că unele submarine seamănă cu balenele din zona arcului: forma balenei este ideală pentru locomoția în apă. Aripa caudală transversală (fluke) ca un organ puternic de antrenare, aripa dorsală (aripa) și o uriașă tigaie cu ulei pe frunte, organul spermaceti sau pepenele galben (vezi mai jos) sunt neoplasme utile în acest context, fără a corespunde în schema mamiferelor.

Pielea de balenă, tensionată, elastică, cu papilele care se încrucișează superficial și stratul masiv de grăsime izolant de sub aceasta minimizează pierderile de frecare datorate formării vârtejurilor și este admirată pe bună dreptate de bioniști. Blana, o caracteristică importantă a mamiferelor, este redusă la câțiva fire de păr. Drept urmare, ectoparaziții nu mai sunt ceea ce erau înainte ”. În timp ce păduchii din pielea de focă au devenit insecte marine cu ajutorul unor adaptări, păduchii de balenă similari extern din cauza picioarelor de bază sunt „crabi marini.

Lungimea corpului balenelor este cuprinsă între 1,50 m și 33 m. Deci, de la dimensiunea umană la o insulă plutitoare. Proporțiile sunt prezentate în Figura 8. Greutatea unei balene albastre de peste 30 m lungime este dată de 130 de tone. Corespunde de ex. B. greutatea a patru dinozauri, 1600 de oameni sau 30 de elefanți.

2.2.4. schelet

Mult mai diferit în schelet decât în mamiferele terestre. Conexiunea inițial mobilă între cap și trunchi devine rigidă. Extremitățile frontale cu degetele adesea alungite devin aripioare. Extremitățile posterioare și pelvisul sunt reduse la resturi mici separate de coloana vertebrală. O singură vertebră a unei balene fin din mijlocul coloanei vertebrale cântărește 16 kg. Cu un astfel de schelet, eșuarea devine fatală.

2.2.5. craniu

În timp ce formațiunile speciale de balene luate în considerare pe scurt până acum pot fi explicate ca adaptări la viața acvatică, extinderea creierului de când a părăsit continentul este mai greu de justificat. Cel puțin un impuls important pentru dezvoltarea progresivă a creierului în ansamblu este dezvoltarea unui sistem puternic de comunicare și localizare cu generare de sunet diferențiată și percepție a sunetului. Organul simțitor determinant este auzul cu o reprezentare centrală mare (vezi mai jos).

3. Creierul de balenă
3.1. Greutatea creierului în comparație

3.2. Anatomia creierului balenei și a organelor senzoriale

Simtul mirosului

În timp ce părțile periferice ale sistemului olfactiv dispar complet în balenele dințate, tractul olfactiv rămâne vizibil. Este interesant, totuși, că părți mai centralizate ale creierului olfactiv, cum ar fi tuberculul olfactiv și nucleele septului, sunt reținute în toate creierele de balenă. Un nerv terminal fin rămâne, de asemenea, detectabil. Reducerea nervului olfactiv afectează, de asemenea, structura craniului, cum ar fi comparația unui delfin mular cu cea a unui macrosmatic, de ex. B. arată un cerb sau un vit. Există diferite evaluări ale dezvoltării simțului gustului. Pot fi detectați mugurii gustativi pe limba delfinului în cinci până la opt depresiuni în formă de V, dar fără o alimentare nervoasă clară. Nervii cerebrali VII și IX nu sunt reduși și este prezent și un nucleu talamic corespunzător. Unele teste de dresaj sugerează că delfinii sunt capabili să facă diferența între substanțele dizolvate în apă.

Sistem optic

Cu excepția unei reduceri mari a delfinilor de râu (delfinul Gange este practic orb), ochii cetaceelor sunt bine dezvoltați. În special la speciile de scufundări profunde, acestea sunt înconjurate de capsule puternice de țesut conjunctiv pentru a le proteja de presiuni mari. Celulele ganglionare foarte mari, cu anexe puternice, sunt răspândite în retină. Proiecția optică din retină este aparent exclusiv contralaterală. Nervul occulomotor este destul de slab dezvoltat. Coarda laterală a genunchiului în diencefal nu are structură de strat. În creierul mediu, nucleul superior (zona de proiecție optică) este mai mic decât nucleul inferior (zona de proiecție acustică). Cortexul vizual din creierul final nu se află - ca de obicei la mamifere - la polul occipital, ci mai departe.

Sistem acustic

4. Contraexemplul dezvoltării progresive a creierului în apă: lamantini

În cele din urmă, o scurtă privire asupra celui de-al doilea grup de mamifere pur marine, care este reprezentat de doar patru specii de pe coastele americane (lamantin) și asiatice (dugong). Acestea sunt înrudite de elefanți și trăiesc ca erbivore în apele de coastă puțin adânci. Dezvoltarea creierului lor a fost semnificativ diferită: sistemul olfactiv nu este redus, greutatea creierului este absolut și relativ vizibil scăzută, telencefalul este abia brazdat și străbătut de ventriculi neobișnuit de largi (figura).

Literatura recomandată

AROYAN, J. L. (2001): Modelarea tridimensională a auzului în Delphinus delphis. J. Acust. Soc. La. 110, 3305-3318

BUTLER, A. B. și colab. W. HODOS (2005): Neuroanatomie comparativă a vertebratelor. Evoluție și adaptare. John Wiley & Sons, Weinheim.

FRIEDL, W. A., P. E. NACHTIGALL, P. W. B. MOORE, N. K. W. CHUN, J. E. HAUN, R. W. HALL și alții. J. L. RICHARDS (1990): Recepția gustului la delfinul tuns din Pacific (Tursiops truncatus Gilli) și leul de mare din California (Zalophus Californianus). în: J. A. THOMAS u. R. A. KASTELEIN (Ed.): Abilități senzoriale ale cetaceelor; Dovezi de laborator și de teren. Plenum Press, cu Divizia Afaceri Științifice a NATO, N.Y., L., pp. 447-454

GNONE, G., T. MORICONI și colab. G. GAMBINI (2006): Comportamentul somnului: Activitate și somn la delfini. Natura, Lond. 441, E10-E11

HAGNER, M. (2004): Creierele ingenioase. Despre istoria cercetării cerebrale de elită. Wallstein Verlag, Göttingen.

HOF, P.R., R. CHANIS și colab. L. MARINO (2005): Complexitatea corticală în creierul cetaceelor. Anat. Rec. A. Discov. Mol. Cell. Evol. Biol. 287A, 1142-1152

MANGER, P. R. (2006): O examinare a structurii creierului cetacee cu o ipoteză nouă care corelează termogeneza cu evoluția unui creier mare. Biol. Rev. 81, 293-338

MARINO, L. (2004): Cetacee Brain Evolution: Multiplication Generates Complexity. IJCP 17, 1-16

MARINO, L., K.D. SUDHEIMER, W.A. MCLELLAN și colab. J. I. JOHNSON (2004): Structura neuroanatomică a creierului delfin spinner (Stenella longirostris orientalis) din imagini de rezonanță magnetică. Anat. Rec. A. Discov. Mol. Cell. Evol. Biol.279, 601-610

MARINO, L., K.D. SUDHEIMER, D.A. PABST, W.A. MCLELLAN, S. ARSHAD, G. NAINI și alții. J. I. JOHNSON (2004): Descrierea anatomică a unui delfin cu vârf de născut (Tursiops truncatus), creier din imagini cu rezonanță magnetică. Mamifere acvatice 30, 315-326

MARINO, L., D. SOL, K. TOREN și L. LEFEBVRE (2006): Scufundările limitează mărimea creierului la cetacee? Mar. Mamm. Știință. 22, 413-425

RIDGWAY, S. H., D. HOUSER, J. J. FINNERAN, D. CARDER, M. KEOGH, W. VAN BONN, C. SMITH, M. SCADENG, D. DUBOWITZ, R. MATTREY u. C. HOH (2006): Imagistica funcțională a metabolismului cerebral al delfinilor și a fluxului sanguin. J. Exp. Biol.209, 2902-2910

OELSCHLÄGER, H. A. u. J. S. OELSCHLÄGER (2001): Brain. în: W. F. PERRIN, B. WÜRSIG u. J. G. M. THEWISSEN (Ed.): Enciclopedia mamiferelor marine. Academic Press, San Diego; 133-159, pp.

WESTHEIDE, W. u. R. M. RIEGER (2003): Zoologie specială. Partea 2: animale vertebrate sau craniene. Editura Academic Spectrum, Heidelberg.