Ensimmäinen viikkotehtävä

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

Vastaus 1: Vaikka delfiineillä on yhtä suuret aivot kuin ihmisillä, niin ne ovat älyllisessä mielessä ihmistä tyhmempiä. Delfiinien aivot sen sijaan pystyvät käsittelemään mittausinformaatiota ihmistä selvästi paremmin, ja tästä syystä aivojen prosessointitehoa tarvitaan yhtä paljon kuin ihmiselläkin. Lisäksi delfiineillä on ihmistä enemmän aisteja. Esimerkiksi ihminen ei pysty aistimaan sähkökenttää, kuten delfiinit [1]. Delfiinit kuulevat kymmenen kertaa ihmistä korkeampia ääniä [2], joten saattaa olla että pelkästään kuultujen äänien prosessointiin tarvitaan enemmän prosessointitehoa aivoissa. Lisäksi delfiinien kaikuluotausmenetelmä on paljon ihmistä tarkempi. Sokeat ihmiset pystyvät kaikuluotauksen avulla aistimaan esineen koon, muodon ja etäisyyden [3]. Delfiinien kaikuluotausaisti on silti ihmistä paljon kehittyneempi. Delfiini voi aistia kaikuluotaamalla 7.62 senttiä halkaisijaltaan olevan teräsrenkaan 113 metrin etäisyydeltä, tai vitamiinipillerin altaan pohjalta [4].

Yleensäkin eläinten aivojen koko on suhteessa niiden kehon fyysiseen kokoon, mikä selittynee suuremmalla lihasten massalla/määrällä. Ihmisen määrittelemänä käsitteenä äly tarkoittaa myös kykyä abstraktiin ajatteluun, minkä ihmisellä liittyy vahvasti puhekykyyn (kommunikointi toisten kanssa) sekä käsien käyttöön (voi vuorovaikuttaa pikkutarkasti ympäristön kanssa).  Delfiinillä ei ole käsiä, ja sen verbaalinen kommunikointikyky toisten lajinsa edustajien kanssa on huomattavasti rajoittuneempaa kuin esim. ihmisellä.

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

Vastaus 2: Solukalvossa on tyypillisesti enemmän K+-vuotokanavia, kuin Na+-vuotokanavia, jolloin kaliumioneja diffusoituu enemmän solusta pois kuin natriumioneja diffusoituu soluun. Nettoefektinä solun sisus tulee koko ajan negatiivisemmaksi ja vastaavasti solun ulkopuoli positiivisemmaksi.

Useimmat solun sisäisistä anioneista ovat kiinni molekyyleissä, jotka eivät pysty diffusoitumaan solukalvon läpi (esim. ATP ja suuret proteiinit). Nämä anionit ovat “vangittu” solun sisälle ja täten nostavat solukalvon sisäpuolta negatiivisemmaksi.

Solukalvossa on elektrogeenisiä pumppuja, jotka pumppaavat enemmän positiivisia ioneja solusta ulos, kuin soluun sisään, täten nostaen solukalvon sisäpuolta negatiivisemmaksi. [5]

Tehtävä 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?

Vastaus 3: Myelinoiduissa kohdissa on vähän jänniteherkkiä kanavia, kun vastaavasti kohdissa, joissa ei ole myeliinituppea (Ranvierin kurouma) on paljon jänniteherkkiä kanavia. Täten Na+ ja K+ -ionien kuljettama virta virtaa kalvon läpi pääosin Ranvierin kuroumissa.  Näin ollen virta siis hyppii Ranvierin kuroumakohdista toiseen myelinoitujen kohtien ohi. Tällä tapaa virta kulkee siis huomattavasti pitemmän matkan samassa ajassa kuin se kulkisi askel askeleelta depolarisoiden ja repolarisoiden vierekkäisiä solukalvoja. [6]

Lähteet:

1. A. Liebschner, Delfiini aistii sähkökentän, Tieteen kuvalehti. 18.3.2012. <http://tieku.fi/elaeimet-ja-kasvit/delfiini-aistii-saehkoekentaen>
2. Wikipedia – Delfiinit. 19.3.2012 <http://fi.wikipedia.org/wiki/Delfiinit>
3. Viihdeuutinen.net – Sokea poika hyödyntää delfiinien tapaan kaikuluotausta <http://www.viihdeuutinen.net/keskustelu/2_1120_0.html>
4. Särkänniemi.fi – Lisätietoa delfiinien ääntelystä ja kaikuluotausjärjestelmästä. 19.3.2012 <http://www.sarkanniemi.fi/akatemiat/delfiinit_1_aanetely.html>
5. Tortora G.J., Derrickson B.H., Principles of anatomy and physiology, 13th ed., John Wiley & Sons, 2011, p. 462-464.
6. Tortora G.J., Derrickson B.H., Principles of anatomy and physiology, 13th ed., John Wiley & Sons, 2011, p. 470.