Wie kann es sein, dass Vögel trotz ihrer im Vergleich zur Körpergröße kleinen Gehirne teilweise zu komplexen kognitiven Fähigkeiten, wie etwa dem Herstellen und Benutzen von Werkzeugen, komplexer Problemlösungen, das Verstehen von Ursache und Wirkung, dem vorausschauenden Planen und dem Erkennen des eigenen Spiegelbildes, in der Lage sind, wie sie selbst einige Primaten nicht erreichen (siehe: „GreWi Dossier“ unten). Die Antwort auf diese Frage war für die Neuroanatomie bislang ein Rätsel. Jetzt liefert die erste systematische Vermessung der Anzahl der Neuronen im Vogelhirn eine Antwort: Die Federtiere verfügen in ihren vergleichsweise kleinen Gehirnen über deutlich mehr Neuronen als die Gehirne von Säugetieren und selbst von Primaten mit vergleichbarer Masse.

Haussperling Spatz
© Lucas Weitzendorf (Wikimedia Commons), CC BY-SA 3.0
Haussperling (Spatz).
Nashville (USA) - Wie die Forscher um Suzana Herculano-Houzel von der Vanderbild University und Pavel Nemec von der Karls Universität in Prag aktuell im Fachjournal Proceedings of the National Academy of Sciences (PNAS; DOI: 10.1073/pnas.1517131113) berichten, besitzt etwa der Ara zwar nur ein Gehirn von der Größe einer Walnuss und ein Makake ein Hirn von Zitronengröße, dennoch besitzen Aras in ihrem für intelligentes Verhalten verantwortlichen Vorderhirn mehr Neuronen - also Nervenzellen - als Makaken.

Dieses Verhältnis fanden die Forscher aber nicht nur bei den für ihre komplexen kognitiven Fähigkeiten bekannten Papageien- und Krähenvögel, sondern auch schon in den Hirnen von Zebrafinken bis hinauf zum fasst zwei Meter großen Emu.

Bird Mammal
© Pavel Nemec et al.
Schaubild zum Verhältnis zwischen Größe und der Anzahl an Neuronen im Vogelhirn (l.) und bei Säugetieren (r.).
„Unsere Untersuchung zeigt, dass gerade Singvögel und Papageien über eine erstaunlich hohe Anzahl an Neuronen in ihrem Hirnmantel (Pallium) verfügen“, erläutert Herculano-Houzel. Dieses Hirnareal entspricht dem Cerebralen Kortex und unterstützt höhere kognitive Funktionen, wie etwa dem vorausschauenden Planen oder dem Erkennen von Mustern. „Das erklärt, wie und warum diese Vögel ein Grad an kognitiven Fähigkeiten erreichen, wie es dem von einigen Primaten mindestens gleicht.“

Dies sei möglich, weil die Neuronen in den Vogelhirnen deutlich kleiner und dichter gepackt sind als jene von Säugetieren. So beinhalten etwa die Hirne von Papageien und Singvögeln etwa doppelt so viele Neuronen, wie Primatenhirne gleicher Masse und etwa das Zwei- bis Vierfache an Neuronen vergleichbarer Nagetierhirne.

Eine der für die Neurowissenschaftler wichtigen Erkenntnisse aus der Studie ist der Umstand, dass es für das Leben offenbar verschiedene Wege gibt, größere Gehirne zu konstruieren. Zuvor hatten Neuroanatomen angenommen, dass mit dem Anstieg der Hirngröße auch die Neuronen wachsen mussten, um auf diese Weise besser über größere Distanzen miteinander zu kommunizieren. „Vogelhirne zeigen uns nun aber, dass es auch noch andere Wege gibt, Neuronen hinzuzufügen: Hierzu müssen die meisten Neuronen klein und auf engem Raum konzentriert sein, während nur ein kleiner Anteil größer wird, um so längere Verbindungen zu ermöglichen.“

Vogelhirne Gehirn
© Herculano-Houzel et al.
Verschiedene Vogelhirne im Vergleich: Die Anzahl der Neuronen (angegeben in Millionen) sind in gelb angegeben. Die Anzahl der Neuronen im Vorderhirn (Pallium) ist in blau und die Hirnmasse (Angabe in Gramm) in rot genannt. Die Maßstabsskala (r.u.) misst 10 Millimeter.
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Während die neue Studie einige Fragen beantwortet, stellen sich mit den neuen Erkenntnissen zugleich auch neue: So wollen die Forscher jetzt untersuchen, ob die größere Anzahl an Neuronen im Vogelhirn auf Kosten eines größeren Energieverbrauchs funktionieren und ob die kleinen Neuronen eine Antwort auf die der Flugfähigkeit angepasste reduzierte Körpergröße der meisten Vögel sind, oder ob es sich um einen vererbten biologischen Weg handelt, dem Hirn weitere Neuronen hinzuzufügen, der sich vom Entwicklungsweg der Säugetiere unterscheidet.