それには――ほんの些細な――40億年かかった。人間の思考と感情の脳が進化するには、これほど長い時間がかかりました。それはすべて、想像を絶するほど昔に生きていた最も単純な単細胞生物でさえ、今日私たちが直面しなければならないのと同じ問題を解決する必要があったからです。信じられないかもしれませんが、私たちの神経系はスポンジのおかげで作られました。このプロセスはどうなりましたか?
ほとんどの進化の出来事と同様、ニューロンの出現は突然起こったわけではありません。海綿動物から刺す鳥への移行中に起こる小さな変化を通じて、それらは徐々に発達しました。
最初にあったのは… スポンジ
成体の海綿動物は、通常、固い基質に付着したままの座り続ける生き物です。しかし、若い頃は自由に泳ぐ能力があり、よく動きました。幼生の海綿体の体の外面は繊毛と呼ばれる突起で覆われており、幼体の体はこれを使って動き回ります。繊毛は細胞に付着しています（いわゆる毛様体細胞ごとに 1 つ）。それらは鞭毛細胞に似ています。
若い海綿体内には、異なる場所に 2 種類の繊毛細胞があります。短い繊毛は、幼虫の体表の大部分を覆う遊泳細胞に見られます。 これらの繊毛の絶え間ない鼓動により、幼虫が動き回るランダムで焦点の合っていない動きが引き起こされます。 。一方、長繊毛は、体の一端に集中している対照細胞に収容されています。彼らは光に敏感です(…)。海綿体が成体になると繊毛は消えます。
上の文章は、コペルニクス センター プレスから出版されたばかりのジョセフ ルドゥーの最新著書『私たちの意識の歴史』からの抜粋です。
ガスパール・ジェケリーは、カイメン幼虫の繊毛に基づく遊泳がどのようにしてカブトムシのニューロン出現への道を切り開いたかについて、興味深い仮説を提案した。 Jekely 氏によると、 まずニューロンは感覚運動統合を改善するために進化しました。
海綿動物の原生生物の祖先と密接な関係にある渦鞭毛藻は、たった 1 つの細胞で光を検出し、泳ぎ、動きを制御しなければならない (食べて繁殖するだけでなく) ことを思い出してください。カイメン幼虫には多くの細胞があるという利点があり、その遺伝子は個々の細胞に役割を分散させることができます。
光の検出を一般的な運動制御から分離することにより、海綿動物の幼生は感覚機能を水泳機能から分離しました。しかし、問題が発生しました。感覚細胞は体の他の場所に位置しており、それには化学伝達が遅すぎるため、遊泳細胞にすぐに影響を与えることはできません。その解決策は、短い繊毛を持つ細胞が幼虫を一定の混沌とした動きに保ち、長い繊毛を持つ感覚細胞が刺激を感知することに加えて、泳ぐよりも負担の少ない作業である操縦も担当するということでした。
ニューロンは 1 日にしてならず
しかし、これはニューロンが最終的に可能にしたことに比べて効果がないことが判明しました。それでは、ニューロンとシナプスはどのようにして発達したのでしょうか?
Jekely の仮説によれば、この変化はいくつかの段階を経て起こりました。 最初の仮説的な変化は、感覚細胞と運動細胞が互いに近接してクラスター化したこと です。 体の異なる部分（光感知/制御細胞や水泳細胞など）ではなく。感覚細胞によって分泌される化学物質は、隣接する運動細胞体に拡散し、それらの活動を調整し、短距離で機能する可能性があります。
その後、感覚細胞の本体は付属器を発達させ、そのおかげで、感覚細胞が分泌する化学物質は、遠くにある運動細胞に影響を与えることができました。これは、細胞間の化学拡散の空間的制限をある程度克服するのに役立ちましたが、スパイクの延長によりさらなる制限が生じました。コミュニケーションは依然として感覚細胞の付属器における遅い化学拡散に基づいていました。
その解決策は、軸索となる付属器内の高速電気通信を使用し、その後、感覚細胞と運動細胞の間の短いギャップを埋めるために低速化学通信を使用することでした。その結果感覚細胞と運動細胞の間の距離はそれほど重要ではなくなり、 神経系のある部分の細胞が体の他の部分の細胞とコミュニケーションできるようになったのです。 彼らの距離に関係なく。
アクション:突然変異
私たちは通常、進化について、それが大人の体にどのような影響を与えるかという観点から考えます。したがって、ヒドラとディスカスが海綿動物からどのようにして発達したのかを想像するのは困難です。海綿動物とアカエイの両方が繊毛のある幼虫の段階を経て、ピッチャーポリープに成長することを理解すると、このプロセスはより理解できるでしょう。言い換えれば、海綿動物の発生パターンの遺伝子改変は、自然選択によって、ポリープの形で成熟する幼虫の発生をもたらした可能性があり、それが今度はアカゲドリの進化の出発点となった。
人生の初期段階は、成人の体の形態よりも、種と進化の祖先との関係をよりよく反映する傾向があります。これは自然選択によって遺伝子が生物を構築する方法が変化するためです。 個人の成長中。発生上の突然変異が好ましい場合、その突然変異は集団内でより一般的になり、特定の形質が十分に多数の個体によって獲得されると、 バウプラン 新しい種やタイプが現れるほど変化します。初期発生と進化の密接な関係は、発生の進化生物学、いわゆる evo-devo にとって興味深いものです。 。
自然選択は、個体の発生中に遺伝子が生物を構築する方法を変化させます。
海綿動物が私たちに神経系を与えた 歴史には、もう一つ重要な糸口があります。 。そうですね、海綿自体にはニューロンはありませんが、セス・グラントが言うところの基本的なシナプス原始要素があります。より具体的には、後の動物では、シナプス前部位（たとえば、神経伝達物質をシナプス間隙に放出される前にパッケージに蓄える構造を構成するタンパク質をコードする遺伝子）とシナプス後部位（例えば、放出された神経伝達物質に結合する受容体をコードする遺伝子）、および形成されたシナプス接合を安定化するために使用される接着分子をコードする遺伝子。
これらの重要な成分が含まれているにもかかわらず、スポンジはなぜシナプスを発達させることができなかったのでしょうか?彼らは、発達の初期段階で協調的に遺伝子発現を引き起こし、それによって神経系が発生する分子シグナルを欠いているようです。
シナプス前要素とシナプス後要素の組み合わせを導く、このような遺伝的にコード化された発達プログラムが存在しない場合、感覚情報に応じて行動を正確に制御することは不可能でした。隣接する細胞を単に接続して接着するだけでは、動物の脳を作成するのに十分ではありません。視覚、触覚、味覚信号の伝達に特化したシナプス、あるいは体の特定の部分や全身の動きを特定の刺激へ、または特定の刺激から指示できるシナプスを発達させるには、細胞間の接続の正確な構造が必要です。
神経を使うプレー
これらの基本的なシナプス原要素のいくつかがフランジ鞭毛にも見られることは、特に興味深いことです。これらの原生生物も海綿動物も、ニューロンやシナプスを形成するために使用される空き時間を持たず、他の目的を果たしました。 体の異なる部分間の通信の問題を解決するためにニューロン間にシナプスを作成する段階になったとき、既存の要素がこれに使用されました。 。そして、これらの要素がカブトムシによってシナプス伝達に利用されると、その後のすべての動物でもこの役割が保持されました。
カブトムシの神経系は初歩的なもので、主に単純な神経ネットワーク、つまり皮膚様組織の外層全体に散在するニューロンの拡散集合で構成されています。 (興味深い詳細:皮膚とニューロンの関係は、ニューロンと皮膚細胞の両方が発生中の胚の外胚葉層から発生し、私たちのような脊椎動物でも保存されています。)
その後のすべての神経系と同様、針の神経ネットワークは本質的に、3 つの基本的なタスクを実行する感覚運動統合システムです。まず、光、接触、重力、または化学物質に敏感な感覚受容体からメッセージを受け取ります。次に、感覚メッセージを選択して処理します。第三に、筋肉の活動を制御する運動指令を生成します。
信じられないかもしれませんが、私たちの神経系はスポンジのおかげで作られました。
これにより、体のさまざまな部分が単一の実体として反応することが可能になります。ただし、ニューラル ネットワークではモーターの応答を正確に位置特定することはできません。体のどの部分が刺激に触れてもヒドラは同じように反応します。
ヒドラのようなポリープの形をしたシチューには一般に拡散した神経ネットワークしかありませんが、クラゲの形をした円盤ではニューロンも集合してクラスターを形成します。たとえば、一部のニューロンはクラゲの傘の周りに神経環を形成し、高速で泳ぐ際の動きを制御します。他のものは触角に集中しており、自由な遊泳と獲物の捕獲と有性生殖中の精子の移動を制御します。したがって、これらの異なる局所的なニューロンのセットにより、ニューラル ネットワーク自体よりも刺激に対するより正確な応答が可能になります。
科学は森に行っていない
デトレフ・アーレントらによると、円盤投げの傘と口にあるニューロンの集合体が、カブトムシから進化した左右対称の動物に特徴的な、より複雑な体と脳の計画の前駆体であることが遺伝的発見によって示されたという。アンブレラクラスターは、ほとんどの後生動物 の頭部領域に出現した特殊なニューロンのセットの前駆体であると考えられます。 (言い換えれば、私たちが脳として知っているものの先駆けです)。口と触角の周囲に位置する別のクラスターは、脳と体の残りの部分（脊椎動物では脊髄）を接続する後部の神経幹にまで伸びている可能性があります。
ここで説明するプロセスは、 ニューロンが感覚細胞と運動細胞の間のコミュニケーションの必要性から誕生した ことを示しています。 。以前、神経系を感覚と運動の側面を組み合わせた装置として定義しましたが、この定義を拡張して、神経系は体の感覚細胞と運動細胞の間にあり、体の筋肉の動きを調整する細胞の集合であると言うことができます。感覚刺激に反応して。一部の生物では、神経媒介は比較的単純です (アカエイの神経ネットワークなど) が、他の生物では (脊椎動物の脳など)、非常に複雑です。神経生物学の偉大な先駆者であるサー・チャールズ・スコット・シェリントンは、次のように述べています。「脳は、移動する動物に向かう途中の神経活動の幹であるようです。」
しかし、神経系が地点 A から地点 B に情報を伝達するためだけに存在するのであれば、行動は単純な生来の反応に限定されるでしょう。神経系の大きな利点の 1 つは、生物が環境と相互作用するときにニューロンを簡単に変更できることです。シナプス可塑性と呼ばれるこの能力は学習の基礎です。
カンブリア紀の動物の体の爆発における重要な要因は、神経系に基づく学習の出現であったことが示唆されています。 神経系を持たない生物も学習することができますが (単細胞微生物の学習能力を思い出してください)、学習がより複雑かつ柔軟になったのは神経系のおかげです。 。
上記の文章は、コペルニクス センター プレスから出版されたばかりのジョセフ ルドゥーの最新著書『私たちの意識の歴史』からの抜粋です。
そして、このサバイバルツールキットの近代化により、ボディビルディング計画が多様化する可能性があります。たとえば、神経学習は新しいニッチを獲得する能力を強化した可能性があり、その結果、生存に不可欠な身体的特徴に変化が生じる可能性があります。また、捕食者と被食者の両方が学習することができたため、進化の軍拡競争が加速し、その結果、身体的特徴に前例のない変化がもたらされることになるでしょう。そして、ボディプランのさらなる多様化により、時間の経過とともに、生存スキルにおける学習の役割が増加しました。出典:
上記の文章は、コペルニクス センター プレスから出版されたばかりのジョセフ ルドゥーの最新著書『私たちの意識の歴史』からの抜粋です。