2. viikkotehtävä

1) Jos kerran aivojen absoluuttinen tai suhteellinen koko ja aivokuoren rypistyneisyys korreloivat älykkyyden kanssa, niin täytyykö delfiinejä sitten pitää yhtä älykkäinä kuin ihmisiä?

Voisi varmaan aika nopeasti kysyä, täytyykö isopäisiä ihmisiä sitten pitää älykkäämpinä kuin pienipäisiä ihmisiä. Ei varmaankaan ole sattumaa, että delfiinit erottuvat niin kovin hyvin edukseen nisäkkäiden aivoja vertailtaessa. Vaikkapa tämän uutisen mukaan delfiinien kehityksessä suurimmat harppaukset ovat liittyneet kommunikaatioon kaikuluotauksen kehittyessä, sekä lajin sosiaalisuuteen. Kommunikointia ja sosiaalisuutta on käytetty vastaavina argumentteina myös meidän ihmisten kohdalla – tietenkin tämän mahdottoman näppärän peukalon lisäksi.

Aivojen suhteellisen koon mittaaminen eri eläinlajeilla on hyvin karkea estimaatti, jonka on huomattu korreloivan älykkyyden kanssa. Delfiinien aivojen suhteellinen massa on toiseksi suurin eläinkunnassa. Näin ollen delfiinejä voidaan pitää melkeinpä yhtä älykkäinä kuin ihmisiä. Poimuttuneisuuden mukaan laskettuna delfiinit olisivat jopa älykkäämpiäkin kuin ihmiset. Toisaalta kyseessä on erittäin karkeat estimaatit ja aivot ovat erittäin kompleksinen systeemi, jonka toimintaan vaikuttaa moni muukin asia kuin pelkkä koko. Esimerkiksi sähköisten signaalien kulkunopeus ja neuronien kemialliset ominaisuudet vaikuttavat paljon älykkyyteen.

Delfiinien aivojen kehittyneisyys on tehnyt niistä itsetietoisia ja älykkäitä eläimiä, jolloin ne altistuvat samankaltaisille psykologisille traumoille kuin ihmiset. Delfiineillä on myös pitkälle kehittynyt kommunikointijärjestelmä.  Niiden kommunikoinnista voidaan erottaa eri yksilöillä oman tunnisteen, allekirjoitusvihellyksen, jonka ne kehittävät itselleen poikasina.  Allekirjoitusvihellyksen avulla delfiini voi ottaa yhteyden toiseen nimettyyn yksilöön ja esitellä itsensä.

2) Lepotilassa hermosolun sisällä on huomattavasti suurempi konsentraatio K+ -ioneja kuin ulkopuolella. Miksi sisäpuolen potentiaali sitten on negatiivinen ulkopuoleen verrattuna?

Hermosolun lepokalvojännitteen kannalta tärkeimmät ionit ovat K+, Na+ sekä Cl-, joista K+ kertyy lähinnä solun sisälle, Na+ sekä Cl- solun ulkopuoliseen nesteeseen. Tasapainotilan ylläpitämisestä huolehtivat erityisesti natriumin ja kaliumin vuotokanavat. Käytännössä kaliumia poistuu solusta enemmän kuin natriumia palaa soluun, jolloin solun sisäosan varaus muuttuu negatiivisemmaksi. Toisena tekijänä on se, että solunsisäiset negatiiviset hiukkaset ovat yksittäisten ionien sijaan yleensä suurempia molekyylejä (esim. fosfaatteja), jotka eivät useinkaan kykene kulkemaan solukalvon läpi. Lisäksi varaukseen vaikuttavat natrium-kalium-pumput (Na+/K+/ATPaasi), joiden toimiessa solusta poistuu aina kolme Na+ -ionia kahta K+ -ionia kohden, aiheuttaen yhden nettovarauksen pudotuksen.

3) Kaapeliteoria kertoo, että paksummissa aksoneissa (kuten mustekalan jättiläisaksoni) aktiopotentiaalit kulkevat nopeammin. Selkärankaisten aksonit on usein päällystetty sähköisesti eristävällä myeliinitupella, jolloin aksoni voi olla ohuempi nopeuden kärsimättä. Mihin perustuu aksonin myeliinitupen hyöty?

Jos ihmisen aksonit olisivat yhtä paksuja kuin mustekalan, ihmisen aivot ja pää olisivat niin suuret, että emme mahtuisi ladon ovesta (Bear et al. 2007, s. 96).  Tiiviimmät rakenteet ovat siis tarpeen ja myeliinillä eristetty aksoni auttaa tässä.  Myeliinituppi kuuluu gliasoluihin eli hermoston tukisoluihin ja se toimii eristeenä aksonin ympärillä. Sen on muodostanut keskushermostossa oligodendrosyytit ja Swannin solut tuovat sitä periferiseen hermostoon.  Yksi oligodendrosyytti voi muodostaa myeliinituppeja monien eri aksonien ympärille ja yhden aksonin myeliinituppien muodostamiseen osallistuu useat oligodendrosyytit. Kahden oligodendrosyytin muodostamien myeliinituppien väliin jää aukko nimeltään Ranvierin kurouma. Myeliinituppi koostuu vedestä, lipideistä sekä proteiineista. Myeliinitupen vedessä ei ole ioneja joten se ei johda sähköä. Proteiineilla ja lipideillä ei ole sähköä johtavia ominaisuuksia. Näin ollen myeliinitupit estävät jännitteen muodostumista aksonin solukalvolle, jolloin jännite tuottaisi kapasitanssia, joka hidastaisi virran kulkua aksonin sisällä.

Myeliinittömässä aksonissa aktiopotentiaali etenee solukalvon depolarisaation tahdissa, ionikanavien vähitellen auetessa aksonin matkalla. Myeliinillä “päällystetyt” aksonit johtavat aktiopotentiaalia eteenpäin saltatorisesti, aksonin depolarisaatio siis “loikkaa” tupen reunalta toiseen (Ranvier’n kuroumien välillä). Tällaisessa aksonissa aktiopotentiaalin laukaisevia ionikanavia on vain myeliinituppien välissä. Aktiopotentiaalin etenemisen aiheuttama ionivirta aksonin sisällä ja vastakkaiseen suuntaan etenevä virta solukalvon pinnalla solun ulkopuolella depolarisoi seuraavan kurouman solukalvon. Tämä aiheuttaa ionikanavien aukeamisen, minkä synnyttämä virta aiheuttaa edelleen solukalvon depolaarisaation taas seuraavassa kuroumassa.