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Nervenzellen weisen ganz unterschiedliche Formen auf. Forscherinnen am Bernstein Zentrum für Computational Neuroscience Berlin und dem Institut für Theoretische Biologie der Humboldt-Universit?t zu Berlin konnten aufkl?ren, warum sich bei Insekten der Zellk?rper meistens am Ende eines gesonderten Fortsatzes befindet. Mithilfe von mathematischen Modellen zeigen sie, dass so die Signalst?rke der elektrischen ?bertragung erh?ht wird – bei gleichbleibendem Energieaufwand. Die Ergebnisse unter dem Titel ?Externalization of neuronal somata as an evolutionary strategy for energy economization“ ?sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Current Biology erschienen.

Nervenzellen sind funktional aufgebaut: ?ber mehr oder weniger weit verzweigte Zellver?stelungen (Dendriten) erhalten sie Eingangssignale, die sie entlang eines langen dünnen Zellfortsatzes (Axon) an andere Nervenzellen weiterleiten. Der Zellk?rper enth?lt den Zellkern mit Erbmaterial und weitere Bestandteile der Maschinerie, die das Neuron am Leben erh?lt. Seine Lage unterscheidet sich deutlich zwischen den einzelnen Tierklassen: Bei S?ugetieren befindet sich der Zellk?rper meist zwischen Dendriten und Axon, w?hrend er etwa bei Insekten h?ufig am Ende eines separaten Fortsatzes ?ausgelagert“ wird.

?Seit der Beschreibung von Nervenzellen durch Santiago Ramón y Cajal Ende des 19. Jahrhundert ist viel über den Grund dieser unterschiedlichen Morphologie spekuliert worden“, erkl?rt Erstautorin Janina Hesse vom Bernstein Zentrum Berlin und der Humboldt-Universit?t zu Berlin. ?Unsere Studie bringt nun einen entscheidenden Grund ins Spiel: die Verminderung des Signalverlustes sowie der ben?tigten Energie bei der ?bertragung elektrischer Signale innerhalb der Nervenzelle.“ ?

Zur Stützung ihrer Hypothese nutzten die Biologinnen mathematische Modelle, um die Vorteile zu ermitteln. Der Zellk?rper war in den Modelleneinmal zentral und einmal ausgelagert eingebunden. Die Forscherinnen simulierten die elektrische Signalübertragung unter beiden Bedingungen. ?Zur Weiterleitung elektrischer Signale ben?tigen Nervenzellen eine gewisse Signalst?rke im Axon. Wenn das Signal zuvor über den Zellk?rper l?uft, treten Verluste entlang der Zellmembran auf. Diese Leitungsverluste kann die Nervenzelle durch aktive Verst?rkung reduzieren, verwendet dabei aber insbesondere bei gro?en Zellk?rpern viel Energie. In solchen F?llen ist eine Auslagerung von Vorteil“, erl?utert Seniorautorin Susanne Schreiber.

Für Organismen mit gro?en Zellk?rpern ist es daher am günstigsten, das Signal nicht über den Zellk?rper laufen zu lassen, sondern geradewegs vom Dendrit zum Axon. Insekten nehmen diesen direkten Weg, indem sie den Zellk?rper ihrer Nervenzellen an das Ende eines dünnen Fortsatzes verlegen. So gelingt es, auch kleine Eingangssignale effizient an Nachbarzellen weiterzuleiten.

Originalpublikation

J. Hesse & S. Schreiber (2015): Externalization of neuronal somata as an evolutionary strategy for energy economization. Current Biology.
doi: http://authors.elsevier.com/a/1QurA3QW8RZuOX

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Janina Hesse
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Institut für Theoretische Biologie

Tel: 030 2093-98407
janina.hesse@bccn-berlin.de

Prof. Dr. Susanne Schreiber
Humboldt-Universit?t zu Berlin
Institut für Theoretische Biologie

Tel: 030 2093-98405
s.schreiber@hu-berlin.de