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Il nuovo metodo del contaggio di cellule offre un protocollo robusto per lo studio dei cervelli animali

Facendo uso di una tecnica sorprendente semplice, i ricercatori nel servizio di università dell'Arizona della neuroscienza sono riuscito a approssimarsi al quante cellule cerebrali compongono i cervelli di parecchie specie di api, di formiche e di vespe.

Il lavoro ha rivelato che determinate specie di api hanno un più ad alta densità delle cellule cerebrali che anche alcune specie di uccelli, mentre le formiche sono risultato avere meno cellule cerebrali che originalmente prevedute.

Pubblicato negli atti del giornale scientifico della società reale B, i segni di studio la prima volta il nuovo metodo del contaggio di cellule si è applicato agli animali invertebrati e fornisce un protocollo robusto e riproducibile per altri gruppi di ricerca che studiano i cervelli degli animali invertebrati.

Per più di un secolo, gli scienziati hanno tentato di misurare e confrontare i cervelli e le componenti del cervello dei vertebrati attraverso le specie negli sforzi per trarre le conclusioni circa come i cervelli supportano gli animali comportamentistici ed abilità conoscitive e requisiti ecologici.

Le teorie delle capacità conoscitive dei cervelli animali, compreso quelle del resti fossilizzato degli antenati evolutivi degli esseri umani, sono basate su tali misure.

A tal fine, gli scienziati devono conoscere quanti neuroni compongono un cervello dato. Fino ad oggi, era estremamente noioso e che richiede tempo contare o stimare il numero dei neuroni in un cervello, anche con il computer ed ai i sistemi basati a software.

Per questo motivo, c'erano molto pochi numeri affidabili del neurone disponibili per tutti gli animali, compreso il cervello umano. Invece, i ricercatori del cervello hanno contato sui preventivi e sulle estrapolazioni basati sulle misure della dimensione del cervello o del Massachusetts.

Ma quell'approccio può essere carico di incertezze e di tendenziosità, secondo gli autori di questo studio. Per esempio, mentre i più grandi animali, come regola generale, tendono ad avere più grandi cervelli che i più piccoli animali, il volume e la massa di cervello dato da solo non dicono molto circa le sue capacità conoscitive.

Quanto grande o quanto pesante un cervello è vi non dà la migliore misura delle capacità conoscitive di un animale.„

R. Keating Godfrey, autore principale di studio e ricercatore postdottorale, dipartimento di biologia molecolare e cellulare, università dell'Arizona

Perché “il cervello dell'uccello„ è realmente un complimento

Una ragione principale è che la dimensione di un cervello è meno pertinente per le sue capacità d'elaborazione rispetto al numero dei neuroni, o cellule nervose, contiene. Ciò è analoga alla potenza di elaborazione di un computer, che ha piccolo da fare con la dimensione fisica della sua unità centrale di elaborazione. I neuroni sono tipi altamente specializzati di celle trovate in virtualmente tutte le specie attraverso il regno animale.

Contrapponga, per esempio, la lepre di mare - una lumaca di mare gigante trovata fuori dalla costa di California che può pesare più di 12 libbre - con la drosofila della mosca di frutta. I nani soli del cervello della lumaca di mare l'intera mosca vicino molto, eppure ha appena 18.000 neuroni, ben meno che i 100.000 della mosca circa.

“Solo perché il cervello delle specie una può essere 10 volte più grande di quello di un altro non significa che ha 10 volte altrettanti neuroni,„ dice l'autore senior del documento, Wulfila Gronenberg, un professore della neuroscienza che dirige un dipartimento del gruppo di ricerca della neuroscienza dedicato a disfare i misteri dei cervelli dell'insetto.

Considerando che “il cervello dell'uccello„ è per quanto un termine derogatorio per una mancanza di intelligenza, realmente sia ampiamente usato un termine improprio, Gronenberg dice.

“I cervelli dell'uccello hanno molti altri neuroni che un mammifero tipico della dimensione comparabile,„ dice. “Gli uccelli devono traversare uno spazio tridimensionale dal volo e per ottenere tutti che la potenza di elaborazione in un piccolo, pacchetto leggero, i loro neuroni sia più piccola e più densamente abbia imballato.„

Cervelli sociali

Il gruppo di ricerca di Gronenberg è interessato nei sostegni di un neurone degli insetti che vivono nelle comunità sociali, come le api mellifiche o molte vespe.

“Abbiamo voluto sapere: C'è qualche cosa di speciale circa i cervelli degli insetti sociali?„ Godfrey dice.

Specificamente, lei ed i suoi colleghi precisano per studiare se “l'ipotesi del cervello sociale„, che è stata sviluppata per gli animali vertebrati e postula che la dimensione di un cervello o di una regione particolare del cervello è correlata con i comportamenti di dimensione e del gruppo del gruppo sociale, egualmente sostiene per gli insetti sociali.

Con l'aiuto degli studenti universitari, Godfrey ha lavorato ad adattare una tecnica - sviluppata nel 2005 dal neuroscenziato brasiliano Suzanna Herculano-Houzel che ha rivoluzionato il campo della neuroscienza vertebrata - ai cervelli dell'insetto.

Invece di affettatura dei cervelli nelle centinaia o in migliaia di sezioni sottili e conteggio dei neuroni in ogni sezione, il metodo richiede soltanto che il tessuto cerebrale sia omogeneizzato. Quella è scienza parla per “mescolato,„ che provoca una minestra del cervello.

“Rilasciamo i nuclei dalle celle in modo da possiamo contarli,„ Godfrey dice. “I vertebrati hanno dedicato le regioni e le strutture del cervello da cui potete campionare, ma in insetti, possiamo realmente squish soltanto l'intero affare. Così otteniamo un conteggio di densità del neurone per l'intero cervello.„

Godfrey ed i suoi co-author hanno paragonato i conteggi di cellula cerebrale alle dimensioni corporee di una vasta gamma di imenotteri - api, vespe e formiche - e trovato che le relazioni di numero del neurone e di dimensione del cervello sono molto simili a quelle trovate in vertebrati.

Mettendo un numero su un cervello della formica

Gli api sicuri, il gruppo riferisce, hanno specialmente numeri alti dei neuroni, che dovrebbero stimolare la ricerca rinnovata sulle loro capacità comportamentistiche e delle formiche, generalmente hanno meno neuroni che i loro parenti dell'ape e della vespa, probabilmente perché non volano e così non hanno bisogno di meno potenza della mente per controllo visivo di volo e di trattamento.

Alcuni api, ha risultato, ha ancora più alte densità di cellula cerebrale che alcuni dei cervelli del mammifero e dell'uccello più compatti. Per esempio, l'ape metallico del sudore di verde, che è comunemente - veduto nel sud-ovest ed appartiene al genere Augochlorella, ha specialmente un numero alto dei neuroni per la sua dimensione del cervello: circa 2 milioni per milligrammo, più di più alte densità trovate nelle più piccole specie vertebrate - toporagni fumosi in mammiferi e goldcrests del neurone in uccelli.

Le formiche, d'altra parte, hanno teso ad entrare sul più inferiore dello spettro. Rispetto agli api ed alle vespe, le formiche hanno avute i piccoli cervelli e relativamente poche cellule cerebrali. Un deserto che raccoglie le specie della formica comuni in Arizona ammontava ad appena 400.000 celle per milligrammo del Massachusetts del cervello. Considerando che il cervello di questa formica pesi dentro a meno di 1 milligrammo, questo animale si accontenta di complessivamente 90.000 circa cellule cerebrali, preventivi di Gronenberg.

“Pensiamo che questo riguardi la capacità di pilotarlo, che lo farebbe più di meno circa intelligenza ma più circa trattamento delle informazioni,„ dica. “Le formiche contano su informazioni del profumo, mentre gli api contano di più su informazioni visive.„

Quanto in basso potete andare?

Questi risultati elemosinano la domanda di quante cellule cerebrali natura ha bisogno per fare un cervello di funzionamento. I cervelli invertebrati tendono ad avere neuroni altamente specializzati, ciascuno che esegue un determinato compito, secondo gli autori dello studio, che li permette di compire le mansioni con un piccolo cervello ed un piccolo numero di neuroni.

Gronenberg indica la vespa leggiadramente minuscola come forte concorrente per “cervello più minuscolo il premio in mondo di insetto„. Tre mèche di capelli umani, stesi parallelamente, riguarderebbero la statura della creatura minuscola, di cui il cervello consiste di più poco di 10.000 neuroni.

“Tuttavia, questa vespa parassitaria può fare tutte le cose che deve fare per sopravvivere a,„ Gronenberg dice.

“Può trovare un host, può accoppiarsi, può fare le uova, può camminare e può volare,„ dice. “Mentre un piccolo insetto può appena avere un o alcun neurone per eseguire una funzione particolare, gli esseri umani ed altri vertebrati tendono ad avere molte migliaia, o persino decine di migliaia, di questi neuroni specializzati dedicati ad un compito, che permette che noi facciamo le cose precisamente ed in un modo più specializzato.„

Source:
Journal reference:

Godfrey, R. K., et al. (2021) Allometric analysis of brain cell number in Hymenoptera suggests ant brains diverge from general trends. Proceedings of the Royal Society B. doi.org/10.1098/rspb.2021.0199.