Forum für Wissenschaft, Industrie und Wirtschaft

Hauptsponsoren:     3M 
Datenbankrecherche:

 

Warum manche Nervenzellen den Zellkörper „auslagern“

21.04.2015

Nervenzellen weisen ganz unterschiedliche Formen auf. Forscher am Bernstein Zentrum Berlin klären nun, warum sich bei Insekten der Zellkörper meistens am Ende eines gesonderten Fortsatzes befindet. Mithilfe von mathematischen Modellen zeigen sie, dass so die Signalstärke der elektrischen Übertragung erhöht wird – bei gleichbleibendem Energieaufwand.

Nervenzellen sind funktional aufgebaut: Über mehr oder weniger weit verzweigte Zellverästelungen (Dendriten) erhalten sie Eingangssignale, die sie entlang eines langen dünnen Zellfortsatzes (Axon) an andere Nervenzellen weiterleiten.


Nervenzellen weisen unterschiedliche Formen auf: Während der Zellkörper (rot) bei Ratten zentral liegt, befindet er sich bei Fliegen am Ende eines Fortsatzes.

Bildrechte: Janina Hesse, 2015

Der Zellkörper enthält den Zellkern mit Erbmaterial und weitere Bestandteile der Maschinerie, die das Neuron am Leben erhält. Seine Lage unterscheidet sich deutlich zwischen den einzelnen Tierklassen: Bei Säugetieren befindet sich der Zellkörper meist zwischen Dendriten und Axon, während er etwa bei Insekten häufig am Ende eines separaten Fortsatzes „ausgelagert“ wird.

„Seit der Beschreibung von Nervenzellen durch Santiago Ramón y Cajal ist viel über den Grund dieser unterschiedlichen Morphologie spekuliert worden“, erklärt Erstautorin Janina Hesse vom Bernstein Zentrum Berlin und der Humboldt-Universität zu Berlin.

„Unsere Studie bringt nun einen entscheidenden Grund ins Spiel: Die Verminderung des Signalverlustes sowie der benötigten Energie bei der Übertragung elektrischer Signale innerhalb der Nervenzelle.“

Zur Stützung ihrer Hypothese nutzten die Biologen mathematische Modelle, um die Vorteile der ausgelagerten Lage des Zellkörpers zu ermitteln. Ihre Computermodelle beinhalteten in vereinfachter Form die wesentlichen Bestandteile einer Nervenzelle.

Der Zellkörper war in den Modellen einmal zentral und einmal ausgelagert eingebunden. Die Forscher simulierten die elektrische Signalübertragung unter beiden Bedingungen und schätzten so die dafür benötigte Energie und Leitungsverluste ab.

„Zur Weiterleitung elektrischer Signale benötigen Nervenzellen eine gewisse Signalstärke im Axon. Wenn das Signal zuvor über den Zellkörper läuft, treten Verluste entlang der Zellmembran auf. Diese Leitungsverluste kann die Nervenzelle durch aktive Verstärkung reduzieren, verwendet dabei aber insbesondere bei großen Zellkörpern viel Energie. In solchen Fällen ist eine Auslagerung von Vorteil, denn diese vermindert eine Abschwächung des Signals durch den Zellkörper ohne dafür zusätzliche Energie zu benötigen“, erläutert Seniorautorin Susanne Schreiber.

Für Organismen mit großen Zellkörpern ist es daher am günstigsten, das Signal nicht über den Zellkörper laufen zu lassen, sondern geradewegs vom Dendrit zum Axon weiterzuleiten. Insekten nehmen diesen direkten Weg, indem sie den Zellkörper ihrer Nervenzellen an das Ende eines dünnen Fortsatzes verlegen. Dank der vorteilhaften Gestalt gelingt es den Zellen so, auch kleine Eingangssignale effizient an Nachbarzellen weiterzuleiten.

Mit ihrer Studie bringen die Berliner Forscherinnen Licht in ein Rätsel, über das seit den ersten detaillierten morphologischen Studien vor über 100 Jahren spekuliert worden ist. Ihre Ergebnisse sind in der aktuellen Ausgabe der Fachzeitschrift Current Biology erschienen.

Das Bernstein Zentrum Berlin ist Teil des Nationalen Bernstein Netzwerks Computational Neuroscience. Seit 2004 fördert das Bundesministerium für Bildung und Forschung (BMBF) mit dieser Initiative die neue Forschungsdisziplin Computational Neuroscience mit über 180 Mio. €. Das Netzwerk ist benannt nach dem deutschen Physiologen Julius Bernstein (1835-1917).

Weitere Informationen erteilen Ihnen gerne:
Janina Hesse
Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Theoretische Biologie (ITB)
Philippstr. 13, Haus 4
10115 Berlin
Tel: +49 (0)30 2093 98407
E-Mail: janina.hesse@bccn-berlin.de

Prof. Dr. Susanne Schreiber
Humboldt-Universität zu Berlin
Institut für Theoretische Biologie (ITB)
Philippstr. 13, Haus 4
10115 Berlin
Tel: +49 (0)30 2093 98405
E-Mail: s.schreiber@hu-berlin.de

Originalpublikation:
J. Hesse & S. Schreiber (2015): Externalization of neuronal somata as an evolutionary strategy for energy economization. Current Biology, 25(8), R324 - R325.
doi: 10.1016/j.cub.2015.02.024
Free access link: http://authors.elsevier.com/a/1QurA3QW8RZuOX

Siehe auch Dispatch in der gleichen Ausgabe:
J. E. Niven (2015): Neural Evolution: Marginal gains through soma location. Current Biology, 25(8), pR330–R332.
doi: 10.1016/j.cub.2015.02.059

Weitere Informationen:

http://www.neuron-science.de Webseite Arbeitsgruppe Schreiber
https://www.hu-berlin.de Humboldt-Universität zu Berlin
https://www.bccn-berlin.de Bernstein Zentrum Berlin
http://www.nncn.de Nationales Bernstein Netzwerk Computational Neuroscience

Mareike Kardinal | idw - Informationsdienst Wissenschaft

Weitere Nachrichten aus der Kategorie Biowissenschaften Chemie:

nachricht Kieselalge in der Antarktis liest je nach Umweltbedingungen verschiedene Varianten seiner Gene ab
17.01.2017 | Stiftung Zoologisches Forschungsmuseum Alexander Koenig, Leibniz-Institut für Biodiversität der Tiere

nachricht Proteinforschung: Der Computer als Mikroskop
16.01.2017 | Ruhr-Universität Bochum

Alle Nachrichten aus der Kategorie: Biowissenschaften Chemie >>>

Die aktuellsten Pressemeldungen zum Suchbegriff Innovation >>>

Die letzten 5 Focus-News des innovations-reports im Überblick:

Im Focus: Interfacial Superconductivity: Magnetic and superconducting order revealed simultaneously

Researchers from the University of Hamburg in Germany, in collaboration with colleagues from the University of Aarhus in Denmark, have synthesized a new superconducting material by growing a few layers of an antiferromagnetic transition-metal chalcogenide on a bismuth-based topological insulator, both being non-superconducting materials.

While superconductivity and magnetism are generally believed to be mutually exclusive, surprisingly, in this new material, superconducting correlations...

Im Focus: Erforschung von Elementarteilchen in Materialien

Laseranregung von Semimetallen ermöglicht die Erzeugung neuartiger Quasiteilchen in Festkörpersystemen sowie ultraschnelle Schaltung zwischen verschiedenen Zuständen.

Die Untersuchung der Eigenschaften fundamentaler Teilchen in Festkörpersystemen ist ein vielversprechender Ansatz für die Quantenfeldtheorie. Quasiteilchen...

Im Focus: Studying fundamental particles in materials

Laser-driving of semimetals allows creating novel quasiparticle states within condensed matter systems and switching between different states on ultrafast time scales

Studying properties of fundamental particles in condensed matter systems is a promising approach to quantum field theory. Quasiparticles offer the opportunity...

Im Focus: Mit solaren Gebäudehüllen Architektur gestalten

Solarthermie ist in der breiten Öffentlichkeit derzeit durch dunkelblaue, rechteckige Kollektoren auf Hausdächern besetzt. Für ästhetisch hochwertige Architektur werden Technologien benötigt, die dem Architekten mehr Gestaltungsspielraum für Niedrigst- und Plusenergiegebäude geben. Im Projekt »ArKol« entwickeln Forscher des Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern aktuell zwei Fassadenkollektoren für solare Wärmeerzeugung, die ein hohes Maß an Designflexibilität erlauben: einen Streifenkollektor für opake sowie eine solarthermische Jalousie für transparente Fassadenanteile. Der aktuelle Stand der beiden Entwicklungen wird auf der BAU 2017 vorgestellt.

Im Projekt »ArKol – Entwicklung von architektonisch hoch integrierten Fassadekollektoren mit Heat Pipes« entwickelt das Fraunhofer ISE gemeinsam mit Partnern...

Im Focus: Designing Architecture with Solar Building Envelopes

Among the general public, solar thermal energy is currently associated with dark blue, rectangular collectors on building roofs. Technologies are needed for aesthetically high quality architecture which offer the architect more room for manoeuvre when it comes to low- and plus-energy buildings. With the “ArKol” project, researchers at Fraunhofer ISE together with partners are currently developing two façade collectors for solar thermal energy generation, which permit a high degree of design flexibility: a strip collector for opaque façade sections and a solar thermal blind for transparent sections. The current state of the two developments will be presented at the BAU 2017 trade fair.

As part of the “ArKol – development of architecturally highly integrated façade collectors with heat pipes” project, Fraunhofer ISE together with its partners...

Alle Focus-News des Innovations-reports >>>

Anzeige

Anzeige

IHR
JOB & KARRIERE
SERVICE
im innovations-report
in Kooperation mit academics
Veranstaltungen

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungen

Über intelligente IT-Systeme und große Datenberge

17.01.2017 | Veranstaltungen

Aquakulturen und Fangquoten – was hilft gegen Überfischung?

16.01.2017 | Veranstaltungen

 
VideoLinks
B2B-VideoLinks
Weitere VideoLinks >>>
Aktuelle Beiträge

Bundesweiter Astronomietag am 25. März 2017

17.01.2017 | Veranstaltungsnachrichten

Intelligente Haustechnik hört auf „LISTEN“

17.01.2017 | Architektur Bauwesen

Satellitengestützte Lasermesstechnik gegen den Klimawandel

17.01.2017 | Maschinenbau