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Unser etwas anderes Gehirn : Der Mensch tickt wirklich anders

Max-Planck-Hirnforscher Huttner, dessen Team seit einiger Zeit zusammen mit den evolutionären Anthropologen um Svante Pääbo in Leipzig die Ursachen für diese Hirnrinden-Vergrößerungen in unserer Stammeslinie untersucht, hat jüngst in „Science“ eine möglicherweise entscheidende, tiefer liegende Quelle lokalisiert. Das Gen mit der Bezeichnung ARHGAP11B, an dem Huttner seit langem arbeitet, liegt in den Mitochondrien, den Kraftwerken der Zellen. Eine einzige, winzige Punktmutation in dieser Erbanlage hat beim Menschen offenbar dazu geführt, dass die Stammzellen, die das Zellmaterial für die Hirnrinde liefern, überaktiv sind. Das führt dazu, dass der Mensch zwei- bis dreimal so viele Nervenzellen im Kortex ausbildet wie etwa Gorillas oder Orang-Utans. Baut man die menschliche Genvariante ins Erbgut von Mäusen ein, vergrößert sich deren Hirnrinde – und kann sich plötzlich sogar falten.

Ein Gen, das Falten macht

Die Mutation des Gens steigert den Stoffwechsel, die sogenannte Glutaminolyse. Den Stammzellen steht damit mehr chemische Energie zur Vermehrung zur Verfügung. Ausgerechnet wuchernde Krebszellen nutzen ebenfalls diesen Prozess. Freilich wird er in der Hirnentwicklung offenkundig kontrolliert eingesetzt – was allerdings wohl auch seinen Preis hat: Jedenfalls nimmt die frühe Vermehrung und Reifung der Hirnrindenzellen zusätzlich Zeit in Anspruch – ein möglicherweise entscheidender Grund, so Huttner, weshalb die Schwangerschaft bei Schimpansen, denen die Mutation fehlt, schon nach 237 Tagen, die des Menschen aber erst nach 280 Tagen abgeschlossen ist.

Hinweise, dass die Hirnentwicklung beim Menschen verzögert abläuft, haben auch Barbara Treutlein und ihre Kollegen am Max-Planck-Institut für evolutionäre Anthropologie in Leipzig gefunden. Sie arbeiten wie inzwischen viele Neurobiologen mit „Minihirnen“, sogenannten Organoiden, die in der Petrischale erzeugt werden. Mittlerweile lässt sich das Gewebe aus einzelnen Hirngeweben wie eben dem frontalen Kortex künstlich im Labor aus Stammzellen züchten. Treutlein und ihr Team haben vor kurzem in „Nature“ berichtet, wie sie die Genaktivität in Organoiden aus menschlichem Gewebe mit dem von Schimpansen und Makaken verglichen haben. Resultat: Die Aktivitätsmuster der Hirnzellen unterscheiden sich fundamental. Menschliche Hirnzellen reifen offenbar tatsächlich langsamer. Zudem gibt es offenbar einige Gene, die ausschließlich im menschlichen Kortex in Aktion treten.

Einzigartige Aktionspotentiale in der Hirnrinde

Welche aber sind das, und erklärt das wirklich die Ausnahmestellung des menschlichen Gehirns? Dass noch Lücken zu füllen sind, um unsere kognitive Sonderstellung zu erklären, zeigen auch die Arbeiten von Albert Gidon von der Humboldt-Universität Berlin und seinen Kollegen am Epilepsie-Zentrum Berlin-Brandenburg und an der Charité. Die Forscher haben jüngst in „Science“ eine bemerkenswerte Entdeckung präsentiert. Mit neuen Methoden, mit denen sie Hirngewebe aus dem Kortex von Epilepsie- und Tumorpatienten extrem detailliert untersuchen und einzelne Verästelungen an den Nervenzellen – Dendriten – vermessen können, haben die Wissenschaftler völlig überraschende Eigenschaften entdeckt: „dendritische Kalzium-Aktionspotentiale“.

Dabei handelt es sich um elektrische Signale, die offensichtlich nur in den Dendriten menschlicher Pyramidenzellen zu finden sind. Lange dachte man, die unzähligen Dendriten leiten die Nervenimpulse einfach allesamt weiter zum Zellkörper des Neurons – wo die vielen anregenden und hemmenden Signale miteinander verrechnet werden. Entscheidend sei allein, wie eng das Netzwerk dieser Synapsen-Verbindungen geknüpft ist, an denen die Signale ausgetauscht werden. Nun ist klar: Auch die Abermillionen „Arme“ dieser Nervenzellen selbst, die Dendriten, können bereits die Signalstärken miteinander verrechnen. Die Nervenzelle ist also nicht nur Teil eines großen modular aufgebauten Netzwerks, sie besitzt auch für sich schon massive Computerpower. Solche Pyramidenzellen fanden die Forscher bisher nur in den Hirnrindenschichten L2 und L3, und die sind offensichtlich ein Exklusivmerkmal des Menschen.

* Erratum: Die ursprüngliche Formulierung vor „Hunderttausenden Jahren ausgestorben“ trifft natürlich nicht zu. Restbestände des Neandertalers haben im heutigen Südeuropa bis vor mindestens noch 40.000 Jahren überlebt.

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