Viikkotehtävä 1

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

Vaikka aivojen koko ja rypistyneisyys korreloivatkin älykkyyden kanssa, tämä ei vielä tarkoita että näillä olisi suoraa yhteyttä älykkyyteen. Älykkyyteen vaikuttaa moni muukin asia. Delfiinien aivoilla on toki enemmän massaa kuin ihmisten aivoilla, mutta niiden rakenne on selvästi yksinkertaisempi: aivokuorten rakenteet eivät ole yhtä pitkällä erikoistuneita ja yksittäisissä hermosoluissa on keskimäärin vähemmän dendriittejä kuin ihmisellä. (Alhaisemmasta dendriittien määrästä seuraa myös alhaisempi määrä kytkentöjä hermosolujen välillä, joten hermoverkko kokonaisuutena jää yksinkertaisemmaksi.)

Miksi älykkyys sitten korreloi aivojen koon kanssa? Itse näkisin tämän niin, että suuremmat aivot mahdollistavat aivojen erikoistumisen ja siten suuremman älykkyyden. Aivot eivät kuitenkaan suoraan erikoistu heti koon kasvaessa. Delfiinit ovat kehittyneet täysin erilaisissa olosuhteissa, joissa aivojen pidemmälle kehittymisestä ei ole ollut hyötyä. Siten ne eivät ole kehittyneet yhtä pitkälle kuin ihmisellä. (Delfiinin anatomia ei esimerkiksi mahdollista työkalujen käyttöä kuten kädellisillä, joten aivoihin ei voi olla kehittynyt tähän liittyviä rakenteita.)

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

Hermosolun lepojännite syntyy solukalvon läpi virtaavien K+-ionien indusoimasta jännitteestä: Suuren konsentraatioeronsa ja kalvon läpäisevyyden vuoksi K+-ionit diffundoituvat solun ulkopuolelle. Tällöin kalvolle indusoituu tätä virtaa vastustava jännite, jossa solun sisäpuoli on pienemmässä potentiaalissa. Lopulta konsentraatiot ja kalvojännite päätyvät tasapainotilaan, jossa ioneja virtaa kumpaankin suuntaan yhtä paljon.

Tähän tilaan päädytään jo hyvin pienellä konsentraatiomuutoksella, minkä takia solun sisäpuolen konsentraatio ei muutu juuri ollenkaan, vaikka kalvojännite muuttuisikin huomattavasti. Nyt solun ollessa lepotilassa, sen sisäpuoli on ulkopuoleen nähden pienemmässä potentiaalissa, vaikka siinä on edelleen huomattavasti suurempi K+-ionien konsentraatio.

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?

Päällystämättömissä aksoninpätkissä aktiopotentiaalin liikkuminen perustuu solukalvon ionikanavien aukeamiseen. Ionikanavat pitävät signaalin hengissä, mutta rajoittavat sen kulkunopeutta koska kanavien aukeamisiin menee aikaa. Myeliinitupella päällystetyissä pätkissä ionikanavia ei käytetä. Sen sijaan signaali etenee siten että myeliinituppeen alkupäähän tullut aktiopotentiaali muodostaa sähkökentän. Tämä sähkökenttä depolarisoi myeelinituppien välissä olevan nk. Ranvierin kurouman ionikanavat, jolloin ne aukeavat ja aktiopotentiaali lähtee taas liikkeelle. Myeliinituppien kohdalla signaali siis ikään kuin hyppää tupen yli seuraavaan kuroumaan, tämän takia tätä liikkumistapaa kutsutaankin saltatoriseksi eli hyppiväksi.

Lähteet:

http://stason.org/TULARC/animals/dolphins/2-3-How-does-the-dolphin-brain-compare-to-the-human-brain.html

http://en.wikipedia.org/wiki/Resting_potential

2. luennon (15.3) luentokalvot