Sistemul nervos la vertebrate

Vertebratele au un sistem nervos central format din encefal și măduva spinării, conectat cu restul corpului prin nervi. Organizarea generală este comună, dar dimensiunea relativă și specializarea regiunilor encefalice diferă între pești, amfibieni, reptile, păsări și mamifere. Aceste diferențe se leagă de mediul de viață și de comportament, fără a permite o scară simplă în care toate speciile sunt așezate de la „inferior” la „superior”.

La pești, informațiile din mediul acvatic și coordonarea înotului sunt importante. La păsări, coordonarea mișcărilor și informațiile vizuale au rol major pentru multe specii. La mamifere, emisferele cerebrale sunt dezvoltate, iar comportamentul poate fi complex. Aceste exemple descriu adaptări, nu absența celorlalte regiuni la un grup.

Când compari două desene de encefal, urmărește aceeași regiune în ambele înainte de a spune care pare mai mare. Dimensiunea absolută singură nu arată capacitatea unui animal; corpul, istoria evolutivă și specializările trebuie luate în considerare. Măduva spinării și nervii rămân esențiali pentru conducere și reflexe la toate aceste grupuri. Nu confunda vertebratele cu toate animalele: nevertebratele au și ele sisteme nervoase, dar organizarea lor poate fi diferită.

Toate vertebratele au tub neural dorsal, care se diferențiază în encefal și măduva spinării. Encefalul se dezvoltă din trei vezicule primare, care devin cinci vezicule secundare: telencefalul (emisferele cerebrale și lobii olfactivi), diencefalul, mezencefalul, metencefalul (cerebelul și puntea) și mielencefalul (bulbul rahidian). Regiunile se dezvoltă diferit după simțurile dominante și după modul de mișcare.

La pești, rechinul are lobi olfactivi mari, pentru că detectează prada după miros. La păsări, orientarea în zbor și vederea acută explică dezvoltarea lobilor optici și a cerebelului. La mamifere, emisferele acoperă celelalte regiuni și sunt sediul comportamentului complex și al învățării. Măduva spinării conduce informația și coordonează reflexele la toate grupele. Raportul dintre masa encefalului și masa corpului este mai mare la păsări și mamifere decât la pești, amfibieni și reptile.

Exemplu rezolvat 1: mărimea absolută sau raportul? Elefantul are un encefal de aproximativ 5 kg și o masă a corpului de 5 000 kg. Omul are un encefal de aproximativ 1,4 kg și o masă a corpului de 65 kg.

1. Raportul pentru elefant: $\frac{5}{5000}\cdot 100=0,1\%$.
2. Raportul pentru om: $\frac{1,4}{65}\cdot 100\approx 2,2\%$.
3. Concluzie: encefalul elefantului este mai mare în valoare absolută, dar raportul față de corp este mult mai mic la elefant; nici raportul nu măsoară singur complexitatea comportamentului.

Exemplu rezolvat 2: asocierea regiunii cu adaptarea.

1. Un rechin care urmărește prada după miros are lobi olfactivi mari.
2. O rândunică, care prinde insecte în zbor, are lobi optici și cerebel dezvoltați.
3. Un câine care urmărește o pistă are emisfere și lobi olfactivi dezvoltați.
4. Regiunile mari corespund simțului sau mișcării pe care animalul le folosește cel mai mult.

Evoluția sistemului nervos la vertebrate arată trei tendințe: creșterea raportului dintre encefal și corp, dezvoltarea emisferelor cerebrale și a scoarței, și creșterea complexității comportamentului. La amfibieni și reptile, scoarța cerebrală (palium) este subțire, cu puține straturi; la mamifere apare neocortexul cu șase straturi. Măduva spinării este mai scurtă decât coloana vertebrală la mamifere, iar nervii spinali formează coada de cal. Peștii și amfibienii au zece perechi de nervi cranieni, iar reptilele, păsările și mamiferele douăsprezece perechi. La păsări, cerebelul are un rol esențial în coordonarea zborului.

La reptile și păsări, deși lobii olfactivi sunt mici, structurile striate ale telencefalului sunt dezvoltate și coordonează comportamente complexe. La mamifere, emisferele devin mai complexe prin circumvoluțiuni, ceea ce mărește suprafața scoarței fără să mărească volumul craniului în aceeași proporție.

Greșeli frecvente

• Greșit: Numai mamiferele au encefal și măduvă spinării.
  Corect: Toate grupele de vertebrate au aceste structuri, cu organizări și adaptări diferite.
• Greșit: Mărimea absolută a creierului măsoară singură complexitatea comportamentului.
  Corect: Interpretarea cere și raporturi, organizare și context ecologic.
• Greșit: Creierul păsărilor este simplu pentru că emisferele lui sunt netede.
  Corect: Păsările au corpi striați și arii de asociație dezvoltate, iar unele specii, de exemplu corbii, folosesc unelte.

Înainte și după