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[werner.stangl]s arbeitsblätter 

Größe des menschlichen Gehirns

Vor- und Nachteile der Gehirngröße

Das größte Gehirn im Tierreich hat absolut betrachtet der Wal mit bis zu 9000 Gramm, das mit enthält 200 Milliarden mehr Neuronen besitzt als ein menschliches Gehirn mit rund 100 Milliarden bzw. nach einer brasilianische Neurowissenschaftlerin, die nachgezählt hat, sind es nur 86 Milliarden Nervenzellen, die das Gehirn des Menschen. bilden. Kleine Tiere besitzen notwendigerweise eher kleine, große Tiere eher große Gehirne, und auch die auf die Körperlänge oder das Körpergewicht bezogene Gehirngröße ist als Maßstab irreführend, denn das Gehirn nimmt im Tierreich nicht proportional zur Körpergröße zu, sondern etwas langsamer, einem negativen allometrischen Wachstum. Hunde verfügen über etwa 530 Millionen Neuronen, Katzen nur über 250 Millionen, wobei Hunde zur den Tieren mit den meisten Neuronen zählen, obwohl sie im Verhältnis zu ihrer Körpergröße nicht das größte Gehirn haben. Waschbären haben übrigens eine ähnlich große Neuronen-Anzahl wie Hunde bei einem deutlich kleineren Gehirn. Bei Spitzmäusen macht das Gehirn etwa zehn Prozent der Körpermasse aus, während es beim Menschen nur zwei Prozent sind. Das Gehirn einer Honigbiene wiegt nur ein Milligramm und hat knapp eine Million Neuronen, doch ist es fähig zu zählen, Regeln zu erlernen, Objekte zu kategorisieren und Formen zu unterschieden. Bekanntermaßen haben Bienen ein besonders gutes Gedächtnis für räumliche Zusammenhänge, denn sonst würden sie nicht weit entfernte Nektarplätze mit traumwandlerischer Sicherheit wiederfinden bzw. mit anderen Bienen kommunizieren können. Dass die Größe des Gehirns nicht unbedingt ein wesentlicher Faktor sein muss, zeigt das Verhältnis zwischen Mensch und Fliege. Eine Fliege überblickt den gesamten Raum wie ein Panoramabild , wofür sie nicht einmal den Kopf bewegen muss, sieht auf Grund des anderen Moments alles in Zeitlupe, denn wenn von hinten, oben, rechts oder links eine menschliche Hand kommt, um sie zu fangen, dann hat die Fliege aus ihrer Sicht noch genügend Zeit, sich in aller Ruhe die Beine oder den Rüssel zu putzen und erst dann fliegt sie weg. Obwohl das Gehirn von Fliegen nur winzig ist, reagiert es blitzschnell auf das, was in seiner Umgebung passiert, was auch daran liegt, dass Informationen bei Fliegen viel kürzere Wege zurücklegen müssen als beim Menschen, bis sie im Gehirn verarbeitet werden können. Kopffüßer wie Sepien und Tintenfische besitzen ein sehr komplexes Gehirn, denn nach Magnetresonanzuntersuchungen eines Tintenfischgehirns war dieses mit dem Gehirn eines Hundes durchaus vergleichbar, wobei dieses nach der Anzahl der Neuronen das Gehirn von Mäusen und Ratten sogar übertrifft. Kopffüßer besitzen mehr als fünfhundert Millionen Neuronen im Vergleich zu zweihundert Millionen bei Ratten oder zwanzigtausend bei gewöhnlichen Weichtieren. Dies erklärt das komplexe Verhalten von Kopffüßern, einschließlich der Fähigkeit, etwa ihre Farbe zu ändern und miteinander unter Verwendung einer Vielzahl von Signalen zu kommunizieren. Zahlreiche neuronale Schaltkreise sind dabei für die Tarnung und visuelle Kommunikation angelegt, wodurch Tintenfische in der Lage sind, Raubtieren auszuweichen oder erfolgreich zu jagen. Dies Ähnlichkeit des Zentralnervensystems mit Wirbeltieren bestätigt die Konvergenzevolutionshypothese, nach der Organismen in verschiedenen Arten unabhängig voneinander ähnliche Merkmale entwickelt haben. Die Ähnlichkeit mit Nervensystemen der Wirbeltiere ermöglicht es sogar, die Funktion des Nervensystems der Kopffüßer auf der Ebene des Verhaltens vorherzusagen, wobei einige Neuronennetze für das Verhalten mit visueller Kontrolle wie etwa die Tarnung unter Berücksichtigung des Schattens zuständig sind, um sich besser in einen Hintergrund einzufügen.

Bei einer Untersuchung (Møller & Erritzøe, 2017) von toten Vögeln wiesen diejenigen, die durch einen Verkehrsunfall ums Leben gekommen waren, im Durchschnitt ein kleineres Gehirn auf als Vögel, die auf andere Weise gestorben waren. Das Gewicht von Leber, Herz und Lunge unterschied sich hingegen nicht. Zunächst rechnete man den Einfluss der Vogelart (251 verschiedene Arten), Alter und Geschlecht der Tiere sowie das Körpergewicht als statistische Größen heraus, dann ermittelte man, ob es einen Zusammenhang zwischen Gehirngröße und Unfallwahrscheinlichkeit der Vögel gab. Dabei lag der Anteil der Verkehrstoten unter Vögeln mit verhältnismäßig kleinen Gehirnen bei rund 60 Prozent und sank mit zunehmender Gehirngröße auf schließlich null Prozent ab. Vögel passen ihre Risikobereitschaft an die Geschwindigkeitsbeschränkung auf einzelnen Straßen an, und eine Studie mit Amerikanerkrähen ergab, dass sie das Prinzip von zwei verschiedenen Fahrtrichtung verstanden haben, denn wenn Autos nur aus einer Richtung kommt, erkennen sie, dass sie sich gefahrlos auf der Gegenfahrbahn aufhalten können, um Aas zu fressen. Auch war schon in einer früheren Studie aufgezeigt worden, dass die Gehirngröße bei Vögeln auch mit dem Risiko zusammenhängt, von einem Jäger erschossen zu werden. Offensichtlich können Vögel mit größeren Gehirnen besser die Gefahr erkennen, die für sie von einem Jäger ausgeht.

Die unterschiedlichen Gehirngrößen bei Tieren führt zwangsläufig zur Frage, warum die Evolution nicht auch in anderen Tiergruppen zwangsläufig zur Entwicklung von von größeren Gehirnen gefördert hat. Aus evolutionsbiologischer Sicht bedeutet generell der enorme Energieverbrauch des Gehirns, dass im Laufe der Entwicklungsgeschichte sich die Kosten einer Größenzunahme mit dem Erreichen eines jeweils günstigen Verhältnisses nicht mehr lohnten, d. h., eine weitere Zunahme des Hirnvolumens im Vergleich zur Körpergröße konnte den Tieren wie Fuchs, Rabe oder Ratte keinen weiteren Überlebensvorteil verschaffen. Da aber ein leistungsfähiges Gehirn ein hohes Maß an Verhaltensflexibilität ermöglicht, sind besonders jene Arten damit ausgerüstet worden, die auf unterschiedliche Bedingungen reagieren mussten, wie etwa große Temperaturschwankungen oder Änderungen der Nahrungsverfügbarkeit. Somit liegt nahe, dass die Tiere der höheren Breiten häufig vergleichsweise große Gehirne in Relation zu ihrer Körpermasse besitzen. Fristoe & Botero (2019) haben nun die relative Gehirngröße von über zweitausend Vogelarten miteinander verglichen und fanden bei jenen Arten, die das ganze Jahr über im Norden leben, entweder ein vergleichsweise großes oder ein eher kleines Gehirn, aber keine mittleren Größen. Abgesehen von den Zugvögeln fehlen Arten mit mittlerer Gehirngröße fast vollständig in den kalten und klimatisch variablen Lebensräumen der hohen Breitengrade, wobei es sehr viele Arten gibt, die in diesen Breitengraden auch mit vergleichsweise kleinen Gehirnen gut zurechtkommen. Es zeigte sich, dass kleinhirnige Arten in diesen Umgebungen Strategien anwenden, die mit einem großen und damit teuren Gehirn nicht möglich wären, d. h., diese Arten ernähren sich von leicht verfügbaren, aber schwer verdaulichen Ressourcen wie Pflanzenknospen, Baumnadeln oder sogar Zweigen. Diese Nahrung können diese Tiere auch bei harten Winterbedingungen finden, aber sie ist faserig und erfordert zur Verdauung einen großen Darm. Darmgewebe ist allerdings ähnlich energetisch teuer wie Gehirngewebe, sodass sich diese Vögel nicht beides leisten können bzw. ein Mittelweg in dem Lebensraum nicht günstig zu sein scheint. Ein großes Gehirn zahlt sich unter den Bedingungen des Nordens offenbar tendenziell erst ab einem eher gehobenen Niveau aus, wobei von den Vorteilen der Intelligenz etwa die Vertreter der Rabenvögel profitieren. Damit wird deutlich, dass sich das Gehirn evolutionär nicht isoliert entwickelt hat, sondern der Teil einer breiteren Reihe von Anpassungen darstellt, die Lebewesen helfen, in ihrem konkreten Umfeld erfolgreich zu sein.

Evolutionsbiologen fanden bei Vergleichen, dass die Größe des Gehirns bei Säugetieren eng mit der Länge der Tragedauer und Stillzeit zusammenhängt. Je größer das Gehirn, desto mehr müssen Muttertiere in ihre Nachkommen investieren, denn offensichtlich ist der Nutzen einer starken Gehirnleistung für den Erfolg einer Art den zusätzlichen Aufwand wert. Diese Faktoren wirkten in den statistischen Modellen auch stärker als etwa die Geschwisterzahl und die Zeit, die dem Nachwuchs zum Spielen und Lernen bleibt. Beim Menschen gibt es gegenüber den Menschenaffen auch noch den Unterschied, dass das menschliche Kind lange klein bleibt, während sein Gehirn in dieser Zeit besonders stark wächst, Primaten wachsen in dieser Phase hingegen schneller hinsichtlich der Körpergröße, sodass beim Menschen das Körperwachstum zugunsten des Gehirnwachstums reduziert scheint. Beim Vergleich von Säugetiergehirnen sind große Gehirne tendenziell stärker gefaltet als kleinere, auch wenn die Ursache der Faltung noch unbekannt ist. Während alle Gehirne mit weniger als 30 Millionen Nervenzellen eine weitgehend glatte Oberfläche besitzen, steigt das Ausmaß der Faltung mit der Zahl der Nervenzellen, wobei die Faltung eher von der Gesamtfläche des Cortex und seiner Dicke abhängt und weniger von der reinen Zahl an Neuronen. Eine mögliche Erklärung der Faltung wurde 2018 von WissenschaftlerInnen gefunden: Long et al. (2018) haben einen Mechanismus identifiziert, der für die Faltung des menschlichen Neocortex essenziell ist und von der extrazellulären Matrix aus gesteuert wird. Die extrazelluläre Matrix ist ein dreidimensionales makromolekulares Netzwerk außerhalb der Zellen und wurde in vergangenen Studien bereits mit der Vergrößerung des Neocortex in Verbindung gebracht. Man konzentrierte sich dabei auf drei Proteine in der extrazellulären Matrix: Hyaluronan und Proteoglycan Link Protein 1 (HAPLN1), Lumican und Kollagen I. Als diese drei Proteine zu Gewebekulturen von fötalem menschlichen Neocortex hinzugefügt wurden, begann sich die cortikale Oberfläche zu falten, wobei diese Faltung mit einem lokalen Anstieg an Hyaluronsäure verbunden war, die sich als wesentlich für die Faltung erwies. Wenn Hyaluronsäure im Hirngewebe reduziert wird, wird die Wirkung der drei Proteine auf den Faltungsprozess blockiert und die Faltung entweder gestoppt oder sogar rückgängig gemacht. Diese Forschungsergebnisse sind ein bisher fehlendes Bindeglied zwischen früheren genetischen und biophysikalischen Studien und geben auch möglicherweise Aufschluss über Störungen bei der menschlichen Gehirnentwicklung.

Das menschliche Gehirn verdankt sein charakteristisches, gefaltetes Aussehen der äußeren Schicht, der Großhirnrinde, wobei sich während der Evolution des Menschen der Neocortex vergrößerte, sodass sich dieser falten musste, um in den begrenzten Raum der Schädelhöhle hinein zu passen. Dadurch erst ermöglichte der menschliche Neocortex höhere kognitive Fähigkeiten wie Denken oder Sprache. Ausgelöst wird das vermutlich durch das menschenspezifische Gen ARHGAP11B, das neuronale Vorläuferzellen dazu veranlasst, über einen längeren Zeitraum hinweg mehr dieser Zellen zu bilden, sodass ein vergrößerter Neocortex entsteht. Es gibt dabei zwei Arten von neuronalen Vorläuferzellen im Neocortex von Säugetieren: apikale und basale, wobei ein Typ der letzteren, die basalen radialen Gliazellen, eine Hauptursache für das Wachstum des Neocortex während der embryonalen Entwicklung darstellen. Man hatte schon früher herausgefunden, dass Mäuse unter dem Einfluss dieses Gens im embryonalen Neocortex viel mehr neuronale Vorläuferzellen produzieren und sogar ihren normalerweise glatten Neocortex falten können. Nun haben Kalebic et al. (2018) untersucht, was ARHGAP11B im Gehirn von Frettchen bewirken kann, denn Frettchen haben einen größeren Neocortex als Mäuse und besitzen mehr basale radiale Gliazellen. Es zeigte sich, dass das Gen ARHGAP11B die Anzahl der basalen radialen Gliazellen deutlich erhöhte und auch das Zeitfenster verlängerte, in dem die basalen radialen Gliazellen Neuronen produzierten. Infolgedessen enthielten diese Frettchen-Hirne mehr Neurone und hatten somit einen größeren Neocortex. Nun vermutet man, dass dieses human-spezifisches Gen die Bildung von mehr basalen radialen Gliazellen in einem gefalteten Neokortex auslösen kann.

Seit etwa 10000 Jahren schrumpft das Gehirn des Homo sapiens, wobei heute das Gehirnvolumen erwachsener Menschen weltweit zwischen 900 und 2100 Millilitern variiert und im Schnitt 1349 Milliliter beträgt Eine Untersuchung von Schädeln aus unterschiedlichen Jahrtausenden belegt, dass bei Männern aus Europa und Nordafrika das Gehirnvolumen seit der mittleren Steinzeit um etwa zehn Prozent abgenommen hat, während Frauen sogar siebzehn Prozent ihres Gehirnvolumens verloren. Eine mögliche Erklärung sind die milderen klimatischen Bedingungen, die sich seit damals auf der Erde ausbreiten, denn in kälteren Zeiten waren größere Körper von Vorteil, da sie Wärme besser speichern konnten. Als die Temperaturen stiegen, wurde das Leben der Menschen auch körperlich weniger anspruchsvoll, was weniger Körpermasse erforderlich machte. Zusätzlich wurden die Becken der Frauen schmäler, was eine Geburt von Kindern mit kleineren Köpfen und damit Gehirnen begünstigte.

Übrigens: Nach einer neueren Studie der Universität Cambridge ist die Evolution des menschlichen Gehirns am Ende, d.h., es ist eine physische Grenze erreicht, denn um noch klüger zu werden, müsste der Mensch dafür mehr Energie und Sauerstoff aufbringen und das kann der Körper nicht leisten.


Größe des GehirnsDas menschliche Gehirn ist die komplizierteste Struktur, die wir kennen, im Schnitt etwa 1245 g bei Frauen bzw. 1375 g bei Männern schwer. Aus neuropsychologischer Perspektive finden Lernen, Verhalten und alle übrigen psychischen Prozesse im Gehirn statt und werden vom Nervensystem gesteuert.

Das Volumen des menschlichen Gehirns vergrößerte sich in den letzten zwei oder drei Millionen Jahren der Evolution erheblich, benötigt aber im Vergleich zu seiner Größe sehr viel Energie, denn es stellt nur zwei Prozent des Körpergewichts, konsumiert jedoch zwanzig Prozent der Energie, die der Stoffwechsel eines Menschen liefert. Das Gehirngewicht vom Homo habilis zum Homo sapiens hat innerhalb weniger Millionen Jahre von 650 Gramm auf rund 1350 Gramm zugenommen. Man vermutet heute, dass die Entdeckung des Garens von Nahrung, also die warme Küche, die Ernährung sicherte und damit die Entwicklung eines größeren Gehirns förderte. Menschen können bekanntlich Gebratenes oder Gekochtes leichter verdauen, und auch manche Pflanzen sind roh giftig und nur gekocht gut verdaulich, darüber hinaus zerstört Hitze im Kochtopf Krankheitserreger, die im rohen Fleisch oder auf der Oberfläche von Pflanzen manchmal verborgen sind. Auch verdirbt geräucherte Nahrung erheblich langsamer und hilft so mit, Hungerzeiten leichter zu überbrücken.

Gehirnabdruck des Dikika-Kindes
Philipp Gunz, CC BY-NC-ND 4.0

Die Gehirne moderner Menschen sind nicht nur größer als die von Menschenaffen, sondern sie sind auch anders organisiert und entwickeln sich über einen längeren Zeitraum. Menschenkinder lernen länger als Schimpansen, sind dafür aber auch länger von elterlicher Fürsorge abhängig. Sowohl das veränderte Gehirn als auch die lange Kindheit sind wichtig für die geistigen Fähigkeiten des Menschen und sein soziales Verhalten. Drei Millionen Jahre alte Gehirnabdrücke zeigen nun, dass die Kinder des Australopithecus afarensis lange auf elterliche Fürsorge angewiesen waren. Der Australopithecus afarensis lebte vor mehr als drei Millionen Jahren in Ostafrika und nimmt eine Schlüsselposition im Stammbaum der Homininen ein, denn von dieser Art stammen vermutlich alle späteren Hominiden ab, einschließlich des Menschen. Sie gingen aufrecht, hatten Gehirne, die etwa zwanzig Prozent größer waren als die von Schimpansen, und sie haben möglicherweise scharfe Steinwerkzeuge verwendet. Um das Wachstumsmuster und die Organisation des Gehirns bei Australopithecus afarensis besser zu verstehen, hat man den fossilen Schädel des Dikika-Kindes und sieben weitere gut erhaltene fossile Schädel aus Äthiopien mit hochauflösender Computertomographie untersucht, wobei jedes Gehirn einen Abdruck im knöchernen Schädel hinterlässt, da es sich im Laufe der Kindesentwicklung ausdehnt. Dadurch kann man das Gehirnvolumen schätzen, und aus den sichtbaren Gehirnwindungen wichtige Aspekte der Gehirnorganisation ableiten. Beim Vergleich des Gehirnvolumens von Säuglingen mit dem von Erwachsenen zeigte sich, dass das Gehirn bei Australopithecus afarensis lange wächst, so wie beim Menschen. Ein markanter Unterschied zwischen den Gehirnen von Menschenaffen und Menschen liegt in der Organisation des Scheitellappens und des Hinterhauptlappens, denn bei allen Affengehirnen liegt der primäre visuelle Cortex am Rand einer gut sichtbaren halbmondförmigen Furche (sulcus lunatus), der aber bei Gehirnabdrücken moderner Menschen nicht zu erkennen ist. Auf dem gut erhaltenen Gehirnabdruck des Dikika-Kindes identifizierte man einen eindeutigen Abdruck eines affenähnlichen sulcus lunatus, den man auch in einem erwachsenen Australopithecus fand. Da aber die Gehirne von Australopithecus afarensis Erwachsenen etwa zwanzig Prozent größer waren als die von Schimpansen, deutet das kleine Gehirnvolumen des Dikika-Kindes auf ein längeres Gehirnwachstum als bei Schimpansen hin. Bei Primaten hängen das Wachstumsmuster und die Fürsorge-Strategie für die Jungtiere miteinander zusammen, sodass die verlängerte Wachstumsphase des Gehirns bei Australopithecus afarensis möglicherweise auf eine lange Abhängigkeit der Kinder von den Eltern hindeuten könnte. Alternativ könnte aber ein langes Gehirnwachstum auch eine Anpassung an Umweltbedingungen sein, denn bei Nahrungsmangel würde der Energiebedarf abhängiger Nachkommen so über viele Jahre verteilt. In beiden Fällen bildete das lange Gehirnwachstum bei Australopithecus afarensis eine Grundlage für die spätere Evolution des Gehirns und des Sozialverhaltens bei Homininen, und daher für die Evolution einer langen Kindheit (Gunz et al., 2020).

Das Gehirn der rätselhaften Frühmenschen Homo naledi - er wurde in einer Höhle in Südafrika entdeckt - war mit einem Volumen von nur 460 bis 550 Millilitern sehr klein, trotzdem war dieses erstaunlich weit entwickelt, wie nun Hirnabdrücke in Schädelfragmenten enthüllen. Die vor rund 250.000 Jahren lebende Menschenart besaß bereits Hirnstrukturen, die mit Sprache, Werkzeugnutzung und sozialem Lernen verknüpft sind. Homo naledi könnte daher trotz seines rätselhaft geringen Hirnvolumen durchaus fortgeschrittene Fähigkeiten besessen haben. Ein Indiz dafür fand man im Stirnlappen des Frühmenschen, denn bei Menschenaffen und dem Australopithecus besitzt dieser noch eine ausgeprägte Einkerbung am Hinterrand (fronto-orbitaler Sulcus). Bei der Gattung Homo und dem modernen Menschen jedoch ist diese Kerbe reduziert, denn der überproportional stark wachsende Stirnlappen überwölbte diese Senke. Auch der Homo naledi hatte keinen fronto-orbitalen Sulcus mehr, auch war die linke Hirnhälfte gegenüber der rechten ein wenig nach vorne verschoben, eine Asymmetrie, die denen späterer Homo-Arten mit größeren Gehirnen ähnelt. Offenbar verlief die Gehirnentwicklung weniger geradlinig als lange angenommen (Holloway et al., 2018). Die Analyse der Schädel von frühen Primaten zeigte übrigens, dass das Gehirn noch relativ klein aber schon erstaunlich komplex war. So verfügte etwa der Primat Chilecebus bereits über die für moderne Affen typischen gefalteten Hirnwindungen, wobei sein Gehirn eine überraschend entwickelte Oberflächenstruktur besaß und über mindestens sieben Hirnfurchen-Paare verfügte.

Mit seinem Gewicht ist das menschliche Gehirn etwa dreimal so schwer wie das von Schimpansen oder Gorillas. Seit der Abspaltung des Menschen von dem gemeinsamen Vorfahren mit Schimpansen und anderen Menschenaffen hat sich das menschliche Gehirn dramatisch verändert. doch welche genetischen und entwicklungsdynamischen Prozesse für diese Abweichungen verantwortlich sind, ist bisher unklar. Zerebrale Organoide, also hirnähnliche Gewebe, die aus Stammzellen in der Petrischale gezüchtet werden, bieten die Möglichkeit, die Evolution der frühen Gehirnentwicklung im Labor zu untersuchen. Um die Genexpressionsdynamik und die regulatorischen Besonderheiten menschlicher Organoide zu untersuchen, verfolgten Kanton et al. (2019) über vier Monate hinweg die Entwicklungsprozesse zerebraler Organoide aus menschlichen pluripotenten Stammzellen. Anschließend verglich man zerebrale Organoide von Schimpansen und Makaken mit den Menschen, wobei sich eine ausgeprägtere cortikale Neuronenreifung bei Schimpansen- und Makakenorganoiden im Vergleich zu menschlichen Organoiden des gleichen Entwicklungsstandes zeigte, was darauf hindeutet, dass die menschliche neuronale Entwicklung langsamer verläuft als bei anderen Primaten. Dieser Befund liefert eine mögliche Erklärung dafür, warum Menschen deutlich länger brauchen, um erwachsen zu werden, denn das Gehirn nimmt sich deutlich mehr Zeit, um zu reifen und dabei deutlich komplexere Strukturen auszubilden. Mehr Zeit bedeutet dabei auch mehr Platz für zusätzliche Informationen.

Der Neandertaler hatte übrigens mit etwa 1500g ein schwereres Gehirn als der moderne Mensch, seit der jüngeren Altsteinzeit vor etwa 20.000 Jahren kam es zu einer Reduktion um etwa 150g, sodass manche WissenschaftlerInnen heute von einer permanenten Reduktion ausgehen. Das Gehirn des Neandertalers war auf gutes Sehen und die Kontrolle eines massigeren Körpers angelegt, sodass nicht genug Kapazität für komplexes Sozialverhalten übrig blieb, lautet die jüngste Hypothese zum Aussterben des Neandertaler. Übrigens waren schon Hasen und Kaninchen verdächtigt, indirekt einen Beitrag zum Aussterben der Neandertaler vor mehr als 30.000 Jahren geleistet zu haben, denn allem Anschein nach waren diese Tier zu schnell unterwegs, um erfolgreich gejagt zu werden. Empirische Grundlage für die neue Behauptung war die Vermessung der Schädel von 21 Neandertalern und 38 modernen Menschen, die vor mehr als 27.000 Jahren lebten, denn dabei fanden Pearce, Stringer & Dunbar (2013), dass Neandertaler viel größere Augenhöhlen als moderne Menschen besaßen. Aufgrund der etwa gleich großen Gehirne beider Arten war man bisher davon ausgegangen, dass auch die Gehirnstruktur und die Größe der verschiedenen Hirnareale ähnlich waren. Vermutlich waren aber die Gehirne verschieden organisiert, sodass die Neandertaler neben dem größeren Sehzentrum auch größere Hirnareale dafür benötigt wurden, um die massigeren Körper zu kontrollieren, sodass zuwenig Gehirnkapazitäten übrig blieben, um komplexere Aufgaben wie etwa Sozialverhalten zu bewältigen. Bocherens et al. (2016) haben nachgewiesen, dass Neandertaler auch ohne äußere Einflüsse, wie Umwelt- oder Klimaveränderungen ihre Überlebensstrategien variierten. Mit einer neuen Methode zeigen sie, dass die Vorfahren der heutigen Menschen vor 250.000 Jahren moderner in ihrer Entwicklung waren als bisher gedacht. Wird das Klima kälter oder wärmer, müssen sich Arten in ihrer Überlebensstrategie anpassen – dies gilt auch für unsere Vorfahren, die ausgestorbenen Neandertaler. Man hat nun herausgefunden, dass sich die Neandertaler auch ohne äußere Einflüsse weiterentwickelt haben und damit dem modernen Menschen ähnlicher sind als bisher vermutet.

Die Veränderung der Gehirnmasse wird sich in der Zukunft noch fortsetzen. Zwei Theorien zur Erklärung: Die Umstellung der Ernährung vom Jäger zum Ackerbauer oder die geringeren geistigen Ansprüche, die Ackerbau im Vergleich zur Jagd an das menschliche Gehirn stellt.

Bekanntlich gilt ein großes Gehirn gilt bei Vergleichen im Tierreich als Indikator für mehr geistige Leistung, sodass nach Seymour et al. (2019) die frühen Mitglieder des menschlichen Stammbaums den heutigen Schimpansen und Gorillas überlegen gewesen sein müssten, denn deren Gehirne sind höchstens genauso groß, wenn nicht kleiner als die des Australopithecus. Ein besseres Maß für die Gehirnleistung ist allerdings die Dichte, mit der Neuronen über Synapsen miteinander verknüpft sind, wobei diese Synapsen auch die anteilsmäßig höchsten Anforderungen an die Energieversorgung stellen. Das menschliche Gehirn verwendet etwa siebzig Prozent seiner Energie für die Aktivität der Synapsen, sodass man die Gehirne der Primatenarten anhand ihrer Blutversorgung vergleichen müsste. Je leistungsfähiger ein Gehirn, desto mehr Treibstoff muss demnach über das Blut zugeführt werden, und die Blutversorgung, die sich an der Größe der Arterien ablesen lässt, ist bei einem Gorilla etwa doppelt so hoch wie bei Lucy und ihren weiter entfernten Anverwandten, darunter auch Ardipithecus. Insgesamt wirkt es so, als hätten die Mitglieder der Ahnenreihe des Homo sapiens in den vergangenen Millionen Jahren aus einer schlechteren Startposition stark aufholen müssen, denn heute liegt der moderne Mensch bei einem Verhältnis von Gehirngröße zu Blutzufuhr, das dem der Menschenaffen entspricht, die allerdings verglichen mit diesen ein konkurrenzlos größeres Gehirn besitzen. Nach derzeitigem Kenntnisstand haben Australopithecinen keine Werkzeuge angefertigt, denn erst von ihren Nachkommen, den frühen Angehörigen der Gattung Homo existieren Hinweise auf ein Verhalten, das höhere kognitive Leistungen erfordert. Möglicherweise würden die heutigen Menschenaffen in einem fiktiven IQ-Test doch besser abschneiden, oder wie es in einer Tageszeitung stand: "Vormenschen wie Lucy waren dümmer als moderne Gorillas" ;-)

Anmerkung zu Lucy: Ob Lucy bzw. Australopithecus afarensis jedoch tatsächlich einen direkten Vorfahren des modernen Menschen darstellt, ist nach wie vor umstritten, doch zumindest wird eine unmittelbare Verwandtschaft mit der späteren Gattung Homo angenommen. Den Namen erhielt das Lucy übrigens von dem bekannten Beatles-Song Lucy In The Sky With Diamonds, der am Tag der Entdeckung im Forschercamp mehrfach vom Tonband abgespielt wurde. Man geht davon aus, dass es sich bei Lucy um ein Weibchen gehandelt hat, wirklich belegt ist das jedoch nicht. Zum Zeitpunkt ihres Todes – möglicherweise starb sie durch einen Sturz von einem hohen Baum – dürfte Lucy zwischen zwölf und 20 Jahre alt gewesen sein. Analysen der bisher bekannten Skelettteile zeigen ziemlich eindeutig, dass Australopithecus afarensis bereits aufrecht ging und vermutlich weit über einen Meter groß war. Andere anatomische Merkmale sprechen hingegen dafür, dass Lucy zumindest zeitweise auch auf den Bäumen lebte. Das Original von Lucys Skelett wird heute im Nationalmuseum von Äthiopien in Addis Abeba verwahrt.

Nach Ansicht von Anthropologen hat der frühe Homo sapiens mit hoher Wahrscheinlichkeit denselben Verstand besessen hat Menschen der Neuzeit, wobei alles, was ihm fehlte, die Geschichte an Entdeckungen ist, die hinter den Menschen liegt. Manche sind sogar der Meinung, dass die Menschen in der Urzeit über eine höhere Intelligenz verfügten als heute, denn die intellektuellen Fähigkeiten der Menschheit nahmen mit dem Aufkommen der Landwirtschaft und dem starken Anwachsen der Bevölkerung vor rund 15000 Jahren ab, also mit dem Phänomen der Domestikation. Bekanntlich gibt es diesen Vorgang auch bei Tieren, die domestiziert werden, denn sie müssen nicht mehr für sich selber sorgen und dementsprechend auch weniger Probleme selbst lösen, sodass ihre Gehirne durch den fehlenden Selektionsdruck allmählich schrumpfen. Von den rund dreißig Tiergruppen, die vom Menschen domestiziert wurden, hat jede einzelne 10 bis 15 Prozent ihres Gehirnvolumens im Vergleich zu der ursprünglichen Art verloren. Dieses Phänomen geht unter anderem auch mit reduzierter Aggressivität, einer zierlicheren Statur, kleineren Zähnen und flacheren Gesichtern einher. Eine Studie, die die kognitiven Fähigkeiten von Wölfen und Hunden verglich, kam zu dem Ergebnis, dass Wölfe die besseren und vor allem hartnäckigeren Problemlöser sind, während Hunde relativ schnell bei ihren Herrchen nach Hilfe suchen und deren Signale besser interpretieren können. Studien zur tierischen Kognition haben Zusammenhänge zwischen dem absoluten Gehirnvolumen und den Unterschieden der Spezies in den Exekutivfunktionen aufgezeigt. Haushunde bieten entgegen den diesbezüglichen Untersuchungen bei Primaten aufgrund ihrer engen genetischen Verwandtschaft, aber auch der enormen intraspezifischen Variation, eine gute Möglichkeit, solche Fragen zu untersuchen. Horschler et al., 2019) haben anhand der Daten von mehr als 7000 reinrassigen Hunden aus 74 Rassen und der Kontrolle der genetischen Verwandtschaft zwischen den Rassen starke Zusammenhänge zwischen dem geschätzten absoluten Gehirngewicht und den Rassenunterschieden in der Kognition identifiziert, wobei insbesondere beim Kurzzeitgedächtnis und der Selbstkontrolle größere Rassen deutlich besser abschnitten. Die Ergebnisse deuten darauf hin, dass evolutionäre Zunahmen der Hirngröße positiv mit Unterschieden in der exekutiven Funktion verbunden sind, auch wenn es keine primatenartige Neuroanatomie gibt.

Das sind alles Merkmale, die mit den Veränderungen, die der moderne Mensch durchlaufen hat, in Einklang stehen. Die Gehirngröße ist beim Menschen seit der Steinzeit um gut zehn Prozent geschrumpft und liegt heute im Durchschnitt bei 1350 Kubikzentimetern. Der Cro-Magnon Mensch hatte hingegen noch ein Hirnvolumen von etwa 1500 Kubikzentimetern. Auch beim Menschen ist das Gehirn zwar insgesamt geschrumpft ist, doch hat sich das Stirnhirn stetig vergrößert, also in jenem Bereich, in dem das Sozialverhalten primär geregelt wird (Zimmerschied, 2016).

Nach neuesten Untersuchungen (DeCasien et al., 2017) hängt die Größe des Gehirns bei Primaten mehr mit der Art der Ernährung zusammen als mit dem Sozialverhalten. Dabei untersuchte man mehr als 140 Arten von Nicht-Menschenaffen und berücksichtigte verschiedene Ernährungsweisen (Blätter-, Frucht- und Allesfresser), sowie verschiedene Aspekte des sozialen Zusammenlebens, wie Gruppengröße, Gruppenstruktur und Paarungsverhalten. Dabei zeigte sich, dass die Ernährungsweise die Gehirngröße deutlich besser vorhersagte als die verschiedenen sozialen Parameter. Nachdem man die Verwandschaftsverhältnisse unter den verschiedenen Spezies und ihre Körpergröße berücksichtigt hatte, fand man bei den Früchte-fressenden Primaten rund 25 Prozent mehr Gehirngewebe als bei Pflanzenfressern. Eine Begründung, warum Früchte als Nahrungsbasis in der Evolution zu einem größeren Gehirn führen sollte, wäre zum einen, dass Früchte einen höheren Energiegehalt als Blätter haben, zum anderen sind auch die kognitiven Anforderungen bei der Suche nach Früchten und bei ihrem Verzehr höher. So braucht es ein gutes Gedächtnis, um sich daran zu erinnern, wo es das Obst zu finden gibt, sowie Geschick beim Pflücken an schwer zugänglichen Orten und beim Öffnen schwer verdaulicher Schalen.

Übrigens steht die Größe des Gehirns nicht nur in Relation zur Intelligenz des Menschen, sondern bestimmt etwa auch, wie bitter er den Geschmack von Tonic Water empfindet. Offenbar gibt es eine Beziehung von Gehirngröße und Geschmackswahrnehmung, d. h., die Gehirngröße beeinflusst, wie Menschen Essen und Trinken wahrnehmen. Untersuchungen haben gezeigt, dass die linke Seite des entorhinalen Cortex, also jener Bereich des Gehirns, der für Gedächtnis, Geruch und visuelle Wahrnehmung verantwortlich ist, bei Menschen, die Chinin als weniger bitter empfanden, größer ist (Hwang et al., 2019).

Hirnforscher sind sich einig, dass sich das Gehirn in der Evolution des Menschen deshalb stark vergrößert hat, da er in der Evolution mit bedeutenden kognitiven Herausforderungen konfrontiert war. So besagt die Theorie einer ökologisch bedingten Intelligenz, dass der Anstoß zu dieser Entwicklung die Notwendigkeit für den Menschen war, nicht nur genügend Nahrung zu finden, sondern diese auch zu lagern und zu verarbeiten. Dabei begann sich das menschliche Gehirn dadurch noch zu vergrößern, als der Mensch das Garen entdeckte und sich damit schwerverdauliche Pflanzen als Nahrungsquelle verfügbar machen konnte. Die Theorie der sozial bedingten Intelligenz sieht vor allem in den sozialen Herausforderungen den eigentlichen Anstoß für die menschliche Gehirnentwicklung, denn es galt bei der Jagd auf Wildtiere zu kooperieren, Allianzen zu bilden oder auch unliebsame Konkurrenten zu manipulieren, was von den Menschen ausgeprägte geistige Fähigkeiten erfordert. Die Theorie einer kulturell bedingten Intelligenz postuliert hingegen, dass das Lernen und die kulturelle Weitergabe ökologisch relevanter Fähigkeiten über Generationen hinweg zur Vergrößerung des menschlichen Gehirns geführt hat. Vermutlich ist die Gehirngrößenentwicklung durch alle diese Faktoren mitbestimmt worden, wobei nach Computersimulationen die ökologischen und sozialen Bedingungen wohl den meisten Einfluss gehabt haben. Mit einem Anteil von sechzig Prozent konnte die tatsächliche Größe des Gehirns als Anpassung des einzelnen Menschen an die herrschenden ökologischen Bedingungen und mit einem Anteil von dreißig Prozent als Kooperation der Menschen bei der Anpassung an die Umwelt erklärt werden, während die Konkurrenz zwischen Individuen kaum eine Rolle spielt. Offenbar macht nicht das soziale Verhalten den Menschen aus, sondern seine Anpassungsfähigkeit, denn der Mensch hat überall auf der Welt Nischen zum Überleben gefunden (González-Forero & Gardner, 2018).

Literatur

Hervé Bocherens, Marta Díaz-Zorita Bonilla, Camille Daujeard, Paul Fernandes, Jean-Paul Raynal & Marie-Hélène Moncel (2016). Direct isotopic evidence for subsistence variability in Middle Pleistocene Neanderthals. Quaternary Science Reviews, 154, 226-236.

Die Evolution des Menschen. Spektrum der Wissenschaft 2003.

DeCasien, A.R., Williams, S.A. & Higham, J.P. (2017). Primate brain size is predicted by diet but not sociality. Nature Ecology and Evolution, doi: 10.1038/s41559-017-0112.

Fristoe, Trevor S. & Botero, Carlos A. (2019). Alternative ecological strategies lead to avian brain size bimodality in variable habitats. Nature Communications, doi:10.1038/s41467-019-11757-x.

González-Forero, Mauricio & Gardner, Andy (2018). Inference of ecological and social drivers of human brain-size evolution. Nature, 557, 554-557.

Gunz, Philipp, Neubauer, Simon, Falk, Dean, Tafforeau, Paul, Le Cabec, Adeline, Smith, Tanya M., Kimbel, William H., Spoor, Fred & Alemseged, Zeresenay (2020). Australopithecus afarensis endocasts suggest ape-like brain organization and prolonged brain growth. Science Advances, 6, doi:10.1126/sciadv.aaz4729.

Holloway, Ralph L., Hurst, Shawn D., Garvin, Heather M., Schoenemann, P. Thomas, Vanti, William B., Berger & Lee R., Hawks, John (2018). Endocast morphology of Homo naledi from the Dinaledi Chamber, South Africa. Proceedings of the National Academy of Sciences, dot:10.1073/pnas.1720842115.

Horschler, D. J., Hare, B., Call, J., Kaminski, J., Miklósi, Á., & Maclean, E. L. (2019). Absolute brain size predicts dog breed differences in executive function. Animal Cognition, doi:10.1007/s10071-018-01234-1.

Hwang, Liang-Dar, Strike, Lachlan T., Couvy-Duchesne, Baptiste, de Zubicaray, Greig I., McMahon, Katie, Breslin, Paul A.S., Reed, Danielle R., Martin, Nicholas G. & Wright, Margaret J. (2019). Associations between brain structure and perceived intensity of sweet and bitter tastes. Behavioural Brain Research, 363, 103-108.

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