신경계의 진화

Evolution of nervous systems
신경 진화와 혼동하지 말 것
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신경계의 진화는 동물에서 신경계의 첫 발달로 거슬러 올라간다.뉴런은 다세포 동물에서 특수화된 전기 신호 세포로 발달하여 운동성 단세포와 군체의 진핵 생물에 존재하는 활동 전위의 메커니즘을 적응시켰다.원시 시스템은, 프로토스트에게서 발견되는 것과 같이, 움직임과 감도를 위해 화학적 신호를 사용합니다; 데이터는 이것들이 현대의 신경 세포 유형과 그 [1]시냅스의 전조였다는 것을 암시합니다.몇몇 동물들이 이동성 생활습관을 가지고 외부적으로 더 큰 음식 입자를 먹기 시작했을 때, 그들은 섬모성 상피, 수축성 근육, 그리고 그들의 외부 [2][3]층에서 그것을 위해 조정되고 민감한 뉴런을 발달시켰습니다.

아코엘과 카니다리아에서 볼 수 있는 단순한 신경망은 플라누로조아(두 마리 토끼와 카니다리아, 그리고 아마도 플라코조아)의 조상 조건인 것으로 생각된다.단순한 신경 코드가 있는 더 복잡한 신경망은 ctenophore라고[4] 불리는 고대 동물에는 존재하지만 신경, 즉 신경계는 다른 고대 동물 그룹인 스폰지에는 존재하지 않습니다.이러한 고대 동물들과 그 원시 동물들의 일부 신경 유전자들의 공통적인 존재와 유사성 때문에, ctenophore 또는 sponese의 분리에 대한 논란, 그리고 생명의 계통수에서 뉴런의 기원인 Spongilla에서 소화기 세포들의 조정에 특화된 "neuroid" 세포의 최근 발견.e는 아직 [5][6][7]논쟁 중입니다.추가적인 두부화 및 신경줄(복부 및 등부) 진화는 [5]양막에서 독립적으로 여러 번 일어났다.

신경 전구체

다음 항목도 참조하십시오.행동가능성 § 분류학적 분포와 진화적 이점

신경 활동에 필요한 활동 전위는 단세포 진핵생물에서 진화했다.이것들은 나트륨 활동 전위보다는 칼슘을 사용하지만, 그 메커니즘은 다세포 동물에서 신경 전기 신호에 적응되었을 것이다.오벨리아와 같은 몇몇 군체 진핵생물에서, 전기 신호는 신경망을 통해서뿐만 아니라 [8]군체의 공유 소화 시스템의 상피 세포를 통해서도 전파된다.choanoflagellates, filasterea 및 mesomyctozoea를 포함한 몇몇 비메타조아 식물들은 분비성 SNARE, Shank 및 Homer를 포함한 시냅스 단백질 호몰로지를 가진 것으로 밝혀졌다.choanoflagellate와 mesomycetozoea에서, 이러한 단백질은 식민지 단계에서 상향 조절되어 세포 간 의사소통에 [9]있어 이러한 프로토 시냅스 단백질의 중요성을 시사한다.뉴런과 최초의 신경계가 어떻게 진화에 등장했는지에 대한 아이디어의 역사는 미셸 [10]앙실의 2015년 저서에서 논의되었다.2022년에 각각 신경펩타이드 피닉스인과 네스파틴-1의 전구체인 SMIM20과 NUCB2 단백질은 중추신경계,[11][12] 양안구, 크네다리안, 크테노포어 및 스폰지뿐만 아니라 choanofagellate를 가진 생물에 선행하는 모든 계통에 걸쳐 깊은 호몰로지를 가진 것으로 밝혀졌다.

스펀지

스펀지는 시냅스 접합에 의해 서로 연결된 세포가 없다. 즉, 뉴런이 없기 때문에 신경계가 없다.하지만 그들은 시냅스 기능에 중요한 역할을 하는 많은 유전자들의 상동성을 가지고 있습니다.최근의 연구는 스폰지 세포가 시냅스 후 밀도(시냅스 [13]후 신호 수신 부분)와 유사한 구조를 형성하기 위해 함께 뭉치는 단백질 그룹을 표현한다는 것을 보여 주었다.그러나 이 구조의 기능은 현재 불분명하다.스폰지 세포는 시냅스 전달을 보여주지 않지만, 그들은 칼슘파와 전신 [14]수축과 같은 몇 가지 간단한 작용을 매개하는 다른 자극을 통해 서로 의사소통을 합니다.스폰지 세포가 이웃 세포와 통신하는 다른 방법은 세포막의 고밀도 영역을 가로지르는 소포 운반을 통해서이다.이 소포들은 이온과 다른 신호 분자들을 운반하지만, 진정한 시냅스 기능은 [15]가지고 있지 않습니다.

신경망

주요 기사:신경망

해파리, 빗 젤리, 그리고 그와 관련된 동물들은 중추신경계가 아닌 확산 신경망을 가지고 있다.대부분의 해파리에서 신경망은 몸 전체에 거의 균등하게 퍼져있다; 빗 젤리에서는 입가에 집중되어 있다.신경망은 화학적, 촉각적, 시각적 신호를 포착하는 감각 뉴런, 체벽의 수축을 활성화시킬 수 있는 운동 뉴런, 감각 뉴런의 활동 패턴을 감지하고 그 결과 운동 뉴런 그룹에 신호를 보내는 중간 뉴런으로 구성된다.어떤 경우에는 중간 뉴런 그룹이 분리된 신경절로 집속된다.[16]

방사선에서의 신경계의 발달은 비교적 구조화되어 있지 않다.양배엽류와는 달리 방사선은 내배엽과 외배엽이라는 두 개의 원시 세포층만을 가지고 있다.뉴런은 다른 모든 [17]종류의 외배엽 세포에 대한 전구체 역할을 하는 특별한 세트의 외배엽 전구 세포로부터 생성된다.

신경줄

A rod-shaped body contains a digestive system running from the mouth at one end to the anus at the other. Alongside the digestive system is a nerve cord with a brain at the end, near to the mouth.
신경 코드 형태로 전면에 "뇌"가 있는 양면 동물의 신경계

현존하는 동물의 대부분은 양면동물인데, 이는 좌우로 서로 거울에 비친 듯한 이미지를 가진 동물을 의미합니다.모든 빌라테리아는 7억에서 6억 5천만 년 [18]전 저온기에 나타난 일반적인 벌레 같은 조상으로부터 유래한 것으로 생각된다.기본적인 양악성 체형은 입에서 항문까지 이어지는 속이 빈 내장이 있는 튜브와 "뇌"라고 불리는 전방에 특히 큰 신경절을 가진 신경줄입니다.

각 척수 신경에 의해 신경화된 인체 표면 영역

인간을 포함한 포유동물도 신경계 수준에서 양면체 분할 계획을 보여준다.척수는 일련의 분절신경절을 포함하고 있으며, 각각은 신체 표면의 일부와 근조직의 기초에 침투하는 운동신경과 감각신경을 발생시킨다.팔다리 부분에서는 내부 패턴의 배치가 복잡하지만, 몸통 부분에서는 일련의 좁은 띠가 생깁니다.상위 3개의 세그먼트는 전뇌, 중뇌,[19] 후뇌를 발생시키는 뇌에 속합니다.

양면체는 배아 발달 초기에 일어난 사건들에 기초하여, 원형질체와 [20]중수소질체라고 불리는 두 그룹으로 나눌 수 있습니다.듀테로좀은 척추동물뿐만 아니라 극피동물과 반각추동물(주로 도토리벌레)을 포함한다.더 다양한 그룹인 원생동물에는 절지동물, 연체동물, 그리고 수많은 종류의 벌레가 포함된다.신체 내 신경계의 배치에 있어 두 그룹 사이에는 기본적인 차이가 있다: 원생체들은 몸의 복부 쪽에 신경 코드를 가지고 있는 반면, 중생체에서는 신경 코드가 등쪽에 있다.사실, 등쪽에서 배쪽으로의 구배를 보여주는 여러 유전자의 발현 패턴을 포함하여, 신체의 많은 측면이 두 그룹 사이에서 뒤집혀 있다.일부 해부학자들은 현재 원생동물과 중생생물체의 몸이 서로 "뒤집혀" 있다고 생각하고 있는데, 이 가설은 Geofroy Saint-Hilaire가 척추동물과 비교하여 곤충에 대해 처음 제안한 가설이다.예를 들어, 곤충들은 몸의 복부 중앙선을 따라가는 신경줄을 가지고 있는 반면, 모든 척추동물들은 등쪽 [21]중앙선을 따라 달리는 척수를 가지고 있다.하지만 다른 원생체들과 중생체들의 최근 분자 데이터는 [22]이 시나리오를 거부합니다.

아넬리다

상세정보 : 환각제

지렁이는 몸의 길이를 따라 꼬리와 입에서 합쳐지는 이중 신경줄을 가지고 있다.이 신경줄들은 사다리처럼 가로로 뻗은 신경으로 연결되어 있다.이 가로 신경들은 동물의 양 옆구리를 조정하는 데 도움을 준다.머리끝에 있는 두 개의 신경절은 단순한 뇌와 비슷한 기능을 한다.동물의 안구에 있는 광수용체는 명암에 [23]대한 감각 정보를 제공한다.

선충류

상세정보 : 선충

회충 케노하브디티스 엘레건스라는 아주 작은 벌레의 신경계는 시냅스 수준까지 지도화되어 있습니다.모든 뉴런과 그 세포 계통이 기록되었고, 전부는 아니더라도 대부분의 신경 연결이 알려져 있다.이 종에서, 신경계는 성적으로 이형적이다; 남성과 암수동물의 두 성별의 신경계는 다른 수의 뉴런과 성에 특정한 기능을 수행하는 뉴런 그룹을 가지고 있다.C. 엘레건에서 수컷은 정확히 383개의 뉴런을 가지고 있는 반면, 암수동물은 정확히 302개의 [24]뉴런을 가지고 있다.

절지동물

거미의 내부 해부학으로 신경계를 파란색으로 표시

곤충과 갑각류 같은 절지동물은 일련의 신경절로 이루어진 신경계를 가지고 있으며,[25] 배의 길이를 따라 이어지는 두 개의 평행한 연결로 이루어진 복부 신경줄로 연결되어 있다.전형적으로, 각각의 신체 세그먼트는 각각의 측면에 하나의 신경절을 가지고 있지만, 일부 신경절은 뇌와 다른 큰 신경절을 형성하기 위해 융합되어 있다.머리 부분에는 식도상 신경절이라고도 하는 뇌가 포함되어 있습니다.곤충의 신경계에서 뇌는 해부학적으로 원뇌, 도이체뇌, 트리토세뇌로 나뉜다.뇌 바로 뒤에는 세 쌍의 융합된 신경절로 구성된 식도하 신경절이 있다.그것은 입 부분, 침샘, 그리고 특정 근육을 조절한다.많은 절지동물들은 시각을 위한 복안, 후각과 페로몬 감각을 위한 더듬이를 포함하여 잘 발달된 감각 기관을 가지고 있다.이 기관들의 감각 정보는 뇌에 의해 처리된다.

곤충에서, 많은 뉴런은 뇌의 가장자리에 위치하고 전기적으로 수동적인 세포체를 가지고 있다. 세포체는 신진대사를 돕는 역할을 하고 신호 전달에 참여하지 않는다.원형질 섬유는 세포 본체에서 나와 많은 분기를 가지며, 일부는 신호를 전달하고 다른 일부는 신호를 수신한다.따라서, 곤충 뇌의 대부분의 부분들은 신경 신호 처리가 내부 [26]뉴로일이라고 불리는 원형질 섬유들의 뒤엉킨 상태에서 일어나는 반면, 주변 주위에 배치된 수동적인 세포체들을 가지고 있다.

중추신경계의 진화

주요 기사:뇌의 진화, 두부화 및 뇌 크기
상세 정보:눈의 진화

인간 뇌의 진화

상세 정보:인간의 지능과 뇌의 진화 » 비교 해부학

현생 인류의 조상들이 인류의 진화 연대를 따라 진행되면서 뇌의 부피가 점차 증가해 왔으며, 호모 하빌리스는 600cm에서 시작하여3 호모 네안데르탈렌시스는 1736cm까지3 증가하였다.따라서 일반적으로 뇌의 부피와 [27]지능 사이에는 상관관계가 있다.그러나 현생 호모 사피엔스는 네안데르탈인에 비해 뇌 부피(뇌 크기 1250cm3)가 작고, 여성은 남성보다 뇌 부피가 약간 작으며, 호빗(hobbits)이라는 별명으로 불리는 플로레스 호미니데스(Homo floresiensis)는 뇌 용량이 약 380cm로3 호모 에렉투스 평균의 3분의 1로 침팬지에게는 작은 것으로 여겨진다.그것들은 섬 왜소증의 경우로서 H. 에렉투스로부터 진화한 것으로 추측된다.세 배나 더 작은 뇌에도 불구하고 H. floresiensis가 불을 사용했고 그들의 조상인 H. erectus의 [28]그것만큼 정교한 석기를 만들었다는 증거가 있다.Iain Davidson은 인간의 뇌 크기에 대한 반대되는 진화적 제약을 "필요한 만큼 크고 가능한 [29]한 작게"로 요약합니다.인간의 뇌는 그 종이 존재 내내 다뤄온 신진대사, 환경, 그리고 사회적 욕구를 중심으로 진화해 왔다.호미니드 종이 뇌의 크기와 처리 능력의 증가로 진화함에 따라, 전반적인 대사 필요성은 증가하였다.침팬지에 비해 인간은 식물보다 동물로부터 더 많은 칼로리를 섭취한다.확실하지는 않지만, 연구들은 이러한 식단의 변화가 동물성[citation needed] 식품에서 더 쉽게 발견되는 지방산에 대한 요구가 증가했기 때문이라는 것을 보여주었다.이 지방산들은 두뇌의 유지와 발달을 위해 필수적이다.고려해야 할 다른 요소로는 사회적 상호작용의 필요성과 시간이 [30]지남에 따라 호미니드가 어떻게 그들의 환경과 상호작용했는지 등이 있다.

뇌의 진화는 신경학과 고생물학의 한 분야인 고생물학을 통해 연구될 수 있다.

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레퍼런스

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