Uit nieuw onderzoek blijkt dat zee-egels, vaak afgedaan als eenvoudige zeedieren, een onverwacht complex zenuwstelsel bezitten – in wezen een organisatie die uit alle hersenen bestaat, verspreid over hun hele lichaam. Deze ontdekking verandert fundamenteel ons begrip van hoe complexe zenuwstelsels evolueren, wat suggereert dat gecentraliseerde hersenen geen voorwaarde zijn voor geavanceerde neurale functies.
De radicale metamorfose van de paarse zee-egel
Het onderzoek, geleid door ontwikkelingsbioloog Periklis Paganos, richtte zich op de paarse zee-egel (Paracentrotus lividus ). Deze wezens ondergaan een dramatische transformatie, waarbij ze overgaan van vrijzwemmende larven met bilaterale symmetrie (twee gespiegelde helften) naar de bekende, radiaal symmetrische volwassen vorm. Deze metamorfose impliceert een radicale reorganisatie van hun zenuwstelsel.
Vroeger werden de zenuwstelsels van stekelhuidigen (waaronder zee-egels, zeesterren en zeekomkommers) als relatief eenvoudig beschouwd, omdat ze geen gecentraliseerd brein hadden. Uit het nieuwe onderzoek blijkt echter dat het zenuwstelsel van volwassen zee-egels veel geavanceerder is dan eerder werd gedacht.
Het ‘alle brein’ in kaart brengen
Onderzoekers creëerden een gedetailleerde celatlas van de jonge zee-egel, waarbij ze in kaart brachten welke genen in elke cel actief waren. Uit de analyse bleek dat het zenuwstelsel tijdens de metamorfose een substantiële verschuiving ondergaat. In plaats van een gedecentraliseerd zenuwnet bestaat het zenuwstelsel van de volwassen zee-egel uit een breed scala aan neuronale celtypen, verspreid over het hele lichaam.
Dit omvat neuronen die bekende neurotransmitters tot expressie brengen, zoals dopamine, serotonine, GABA, glutamaat, histamine en neuropeptiden. Dit suggereert dat het zenuwstelsel van de zee-egel niet slechts een eenvoudig netwerk van onderling verbonden neuronen is, maar een volledig functioneel, gedistribueerd brein.
Conventionele wijsheid uitdagen
De diversiteit aan neuronen bij de jonge zee-egel ondermijnt fundamenteel het idee dat het centrale zenuwstelsel van stekelhuidigen ‘eenvoudig’ is, alleen maar omdat ze geen gecentraliseerd brein hebben. In feite beschrijven de onderzoekers dit zenuwstelsel als een toestand van ‘alle hersenen’ in plaats van een toestand van ‘geen hersenen’, waarbij het hele lichaam lijkt op het hoofd van een gewerveld dier, boordevol complexe neuronen.
Evolutiebioloog Jack Ullrich-Lüter van het Natuurhistorisch Museum van Berlijn benadrukt dat deze resultaten de manier waarop we denken over de evolutie van complexe zenuwstelsels fundamenteel veranderen. De studie suggereert dat dieren zonder een conventioneel centraal zenuwstelsel nog steeds een hersenachtige organisatie kunnen ontwikkelen.
Implicaties voor de evolutie van het zenuwstelsel
Deze ontdekking heeft belangrijke implicaties voor ons begrip van de evolutie van het zenuwstelsel. Het suggereert dat complexe neurale functies niet noodzakelijkerwijs een gecentraliseerd brein vereisen. De ‘all-brain’-organisatie van de zee-egel daagt de conventionele wijsheid uit dat gecentraliseerde hersenen een noodzakelijke stap zijn in de evolutie van intelligentie en complexiteit.
De bevindingen openen nieuwe wegen voor onderzoek naar de evolutie van zenuwstelsels, wat suggereert dat gedecentraliseerde neurale architecturen vaker voorkomen en geavanceerder zijn dan eerder werd gedacht. De studie benadrukt de opmerkelijke plasticiteit van het zenuwstelsel van dieren en de diverse manieren waarop complexiteit in de natuurlijke wereld kan ontstaan.
In wezen toont de ‘all-brain’-organisatie van de zee-egel aan dat de evolutie van intelligentie niet noodzakelijkerwijs verbonden is met de ontwikkeling van een gecentraliseerd brein, waardoor lang gekoesterde aannames over de oorsprong en ontwikkeling van zenuwstelsels ter discussie worden gesteld.
