Эволюция нервной системы у животных егэ

ЭВОЛЮЦИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ

• Нервная система состоит из высокодифференцированных нервных клеток — нейронов, которые обладают чувствительностью.
• Функция нейрона заключается в приёме возбуждения, проведении и передаче нервного импульса.

У Простейших ответная реакция на раздражения

происходит в форме раздражимости.

ТИП КИШЕЧНОПОЛОСТНЫЕ — впервые появились

нервные клетки. Нервная система у них диффузного типа –

соединения нервных клеток.

ТИП ПЛОСКИЕ ЧЕРВИ – нервная система состоит

из узлов, 2-х нервных стволов и нервных

перегородок и отходящих нервов.

ТИП КРУГЛЫЕ ЧЕРВИ – окологлоточное нервное кольцо, нервные стволы с перемычками.

ТИП КОЛЬЧАТЫЕ ЧЕРВИ – Надглоточный и подглоточный узлы и брюшная нервная цепочка с нервными узлами, от узлов отходят нервы.

ТИП МОЛЛЮСКИ – диффузно-узловой тип нервной системы — нервные узлы находятся в разных частях тела и соединены нервными стволами. У головоногих – есть головной мозг.

ТИП ЧЛЕНИСТОНОГИЕ – окологлоточное нервное кольцо и брюшная нервная цепочка.

ТИП ХОРДОВЫЕ – У всех, кроме ланцетников, имеется головной мозг из 5 отделов(ПРОДОЛГОВАТЫЙ, СРЕДНИЙ, ПРОМЕЖУТОЧНЫЙ, МОЗЖЕЧОК И ПЕРЕДНИЙ), спинной мозг, нервы и нервные узлы.

1. КЛАСС ЛАНЦЕТНИКИ – нервная система представлена нервной трубкой.

2. КЛАСС РЫБЫ –из 5 отделов головного мозга хорошо развиты промежуточный, средний и мозжечок.

КЛАСС ЗЕМНОВОДНЫЕ – хорошо развит передний мозг, слабо развит мозжечок (из-за однообразных движений).

КЛАСС ПРЕСМЫКАЮЩИЕСЯ – хорошо развит передний мозг и мозжечок.

КЛАСС ПТИЦЫ – сильно развиты большие полушария, мозжечок. .

В головном мозге происходит дальнейшее развитие коры переднего мозга и мозжечка, в связи с полетом усложняются органы чувств, особенно органы зрения.

КЛАСС МЛЕКОПИТАЮЩИЕ – самая высоко развитая НС. Больше всего развиты большие полушария, которые покрыты корой.

ЭВОЛЮЦИЯ НЕРВНОЙ СИСТЕМЫ ПОЗВОНОЧНЫХ ЖИВОТНЫХ

1. Происхождение
   и функции нервной системы.

Нервная система
у всех животных имеет эктодермальное
происхождение. Она выполняет следующие
функции:

• связь организма
  с окружающей средой (восприятие, передача
  раздражения и ответная реакция на
  раздражение);

• связь всех органов
  и систем органов в единое целое;

• нервная система
  лежит в основе формирования высшей
  нервной деятельности.

1. Эволюция нервной
   системы в ряду беспозвоночных животных.

Впервые нервная
система появилась у кишечнополостных
и имела диффузный
или сетчатый тип
нервной системы, т.е. нервная система
представляет собой сеть нервных клеток,
распределенных по всему телу и связанных
между собой тонкими отростками. Типичное
строение она имеет у гидры, но уже у
медуз и полипов появляются скопления
нервных клеток в определенных местах
(около рта, по краям зонтика), эти скопления
нервных клеток являются предшественниками
органов чувств.

Дальше эволюция
нервной системы идет по пути концентрации
нервных клеток в определенных местах
тела, т.е. по пути образования нервных
узлов (ганглиев). Эти узлы в первую
очередь возникают там, где находятся
клетки воспринимающие раздражение из
окружающей среды. Так при радиальной
симметрии возникает радиальный тип
нервной системы, а при билатеральной
симметрии концентрация нервных узлов
происходит на переднем конце тела. От
головных узлов отходят парные нервные
стволы, идущие вдоль тела. Такой
тип нервной системы называется
ганглиозно-стволовым.

Типичное строение
этот тип нервной системы имеет у плоских
червей, т.е. в переднем конце тела имеются
парные ганглии, от которых отходят
вперед нервные волокна и органы чувств,
и нервные стволы, идущие вдоль тела.

У круглых червей
головные ганглии сливаются в окологлоточное
нервное кольцо, от которого также идут
нервные стволы вдоль тела.

У кольчатых червей
образуется нервная цепочка, т.е. в каждом
членике формируются самостоятельные
парные нервные узлы. Все они соединяются
как продольными, так и поперечными
тяжами. В результате нервная система
приобретает строение, напоминающие
лестницу. Часто обе цепочки сближаются,
соединяясь по средней части тела в
непарную брюшную нервную цепочку.

У членистоногих
такой же тип нервной систем, но количество
нервных узлов уменьшается, а размер их
увеличивается, особенно в головном или
в головогрудном отделе, т.е. идет процесс
цефализации.

У моллюсков нервная
система представлена узлами в разных
отделах тела, соединенных между собой
тяжами и отходящими от узлов нервами.
У брюхоногих моллюсков имеются педальный,
церебральный и плеврально-висцеральные
узлы; у двустворчатых – педальный и
плеврально-висцеральный; у головоногих
– плеврально-висцеральный и церебральный
нервные узлы. Вокруг глотки у головоногих
моллюсков наблюдается скопление нервной
ткани.

1. Эволюция нервной
   системы у хордовых животных.

Нервная система
у хордовых представлена нервной трубкой,
которая дифференцируется на головной
и спинной мозг.

У низших хордовых
нервная трубка имеет вид полой трубки
(невроцель) с отходящими от трубки
нервами. У ланцетника в головном отделе
образуется небольшое расширение –
зачаток головного мозга. Это расширение
получило название желудочка.

У высших хордовых
на переднем конце нервной трубки
образуется три вздутия: передний, средний
и задний пузыри. Из первого мозгового
пузыря образуется в дальнейшем передний
и промежуточный мозг, из среднего –
средний, из заднего – мозжечок и
продолговатый мозг, переходящий в
спинной.

У всех классов
позвоночных животных мозг состоит из
5 отделов (передний, промежуточный,
средний, задний и продолговатый), но
степень их развития неодинакова у
животных разных классов.

Так у круглоротых
все отделы головного мозга расположены
друг за другом в горизонтальной плоскости.
Продолговатый мозг непосредственно
переходит в спинной с центральным
каналом в нутрии.

У рыб головной
мозг более дифференцирован по сравнению
с круглоротыми. Объем переднего мозга
увеличен, особенно у двоякодышащих рыб,
но передний мозг еще не разделен на
полушария и функционально служит высшим
обонятельным центром. Крыша переднего
мозга тонкая, она состоит только из
эпителиальных клеток и не содержит
нервной ткани. В промежуточном мозге,
с которым связан эпифиз и гипофиз,
расположен гипоталамус, являющийся
центром эндокринной системы. Наиболее
развитым у рыб является средний мозг.
Хорошо выражены в нем зрительные доли.
В области среднего мозга имеется изгиб,
характерный для всех вышестоящих
позвоночных. Кроме того средний мозг
является анализирующим центром. Мозжечок,
входящий в состав заднего мозга, развит
хорошо в связи со сложностью движения
у рыб. Он представляет собой центр
координации движения, его размер
варьирует в зависимости от активности
движения разных видов рыб. Продолговатый
мозг обеспечивает связь высших отделов
головной мозга со спинным и содержит
центры дыхания и кровообращения.

Из головного мозга
рыб выходит 10 пар черепно-мозговых
нервов.

Такой тип мозга,
в котором высшим центром интеграции
является средний мозг, называется
ихтиопсидным.

У амфибий нервная
система по своему строению близка к
нервной системе двоякодышащих рыб, но
отличается значительным развитием и
полным разделением парных вытянутых
полушарий, а также слабым развитием
мозжечка, что обусловлено малой
подвижностью амфибий и однообразием
их движений. Но у амфибий появилась
крыша переднего мозга, называемая
первичным мозговым сводом – архипаллиумом.
Число черепно-мозговых нервов, как и у
рыб, десять. И тип мозга тот же, т.е.
ихтиопсидный.

Таким образом у
всех анамний (круглоротых, рыб и амфибий)
ихтиопсидный тип головного мозга.

В строении головного
мозга рептилий, относящихся к высшим
позвоночным, т.е. к амниотам, отчетливо
выражены черты прогрессивной организации.
Значительное преобладание над другими
отделами мозга получают полушария
переднего мозга. У их основания расположены
крупные скопления нервных клеток –
полосатые тела. На латеральной и
медиальной сторонах каждого полушария
появляются островки старой коры –
архикортекс. Размеры среднего мозга
сокращаются, и он теряет значение
ведущего центра. Анализирующим
центром становится дно переднего мозга,
т.е. полосатые тела. Такой тип мозга
называется зауропсидный или стриарным.
Мозжечок увеличен в размерах в связи с
многообразием движений пресмыкающихся.
Продолговатый мозг образует резкий
изгиб, характерный для всех амниот. Из
головного мозга выходит 12 пар
черепно-мозговых нервов.

Такой же тип мозга
характерен и для птиц, но с некоторыми
особенностями. Полушария переднего
мозга относительно большие. обонятельные
доли у птиц развиты слабо, что указывает
на роль обоняния в жизни птиц. В
противоположность этому средний мозг
представлен крупными зрительными
долями. Хорошо развит мозжечок, из
головного мозга выходит 12 пар нервов.

Головной мозг у
млекопитающих достигает максимального
развития. Полушария настолько велики,
что покрывают средний мозг и мозжечок.
Особо развита кора больших полушарий,
площадь ее увеличена за счет извилин и
борозд. Кора имеет очень сложное строение
и называется новой корой – неокортекс.
Появляется вторичный мозговой свод –
неопаллиум. Спереди от полушарий
расположены крупные обонятельные доли.
Промежуточный мозг, как и у других
классов, включает эпифиз, гипофиз и
гипоталамус. Средний мозг относительно
мал, он состоит из четырех бугров –
четыреххолмия. Передняя кора связана
со зрительным анализатором, задняя –
со слуховым. Наряду с передним мозгом
сильно прогрессирует мозжечок. Из мозга
выходит 12 пар черепно-мозговых нервов.
Анализирующим
центром является кора больших полушарий.
Такой тип мозга называется маммальным.

1. Аномалии и
   пороки развития нервной системы у
   человека.

1. Ацефалия
— отсутствие головного мозга, свода,
черепа и лицевого скелета; это нарушение
связано с недоразвитием переднего
отдела нервной трубки и сочетается с
дефектами спинного мозга, костей и
внутренних органов.

2. Анэнцефалия
— отсутствие больших полушарий и крыши
черепа при недоразвитии ствола мозга
и сочетается с другими пороками разви­тия.
Эта патология обусловлена незакрытием
(дизрафия) головной части нервной трубки.
При этом не развиваются кости крыши
черепа, а кости основания черепа
обнаруживают различные аномалии.
Анэнце­фалия не совместима с жизнью,
средняя частота 1/1500, при чем чаще у
женских плодов.

3. Ателэнцефалия
– остановка развития (гетерохрония)
передней части нервной трубки на стадии
трех пузырей. В результате большие
полушария и подкорковые ядра не
формируются.

4. Прозэнцефалия
– конечный мозг делится продольной
бороздой, но в глубине оба полушария
остаются связанными друг с другом.

5. Голопрозэнцефалия
– конечный мозг не делится на полушария
и имеет вид полусферы с единой полостью
(желудочком).

6. Алобарная
прозэнцефалия
– разделение конечного мозга только в
задней части, а лобные доли остаются
неразделенными.

7. Аплазия
или гипоплазия мозолистого тела
– полное или частичное отсутствие
сложной комиссуры мозга, т.е. мозолистого
тела.

8. Гидроэнцефалия
— атрофия больших полушарий в сочетании
с гидроцефалией.

9. Агирия
— полное отсутствие борозд и извилин
(гладкий мозг) больших полушарий.

10. Микрогирия
— уменьшение числа и объема борозд.

11. Врожденная
гидроцефалия
— преграждение части желудочковой
системы мозга и ее выходов, она вызвана
первичным нарушением развития нервной
системы.

12. Spina
bifida — дефект
замыкания и обособления от кожной
эктодермы спинального отдела нервной
трубки. Иногда эта аномалия сопровождается
дипломиелией, при которой спинной мозг
расщеплен на известном протяжении на
две части, каждая со своим центральным
карманом.

13. Иниэнцефалия
— редкая аномалия, несовместимая с
жизнью, встречает­ся чаще у плодов
женского пола. Это грубая аномалия
затылка и головного мозга. Головы
повернута так, что лицо обращено кверху.
Дорсально скальп продолжается в кожу
люмбодорсальной или сакраль­ной
области.

Соседние файлы в предмете Биология

• #
• #
• #
• #
• #
• #

Скачать материал

Скачать материал

Эволюция нервной системы

18-Фев-2014 | Нет комментариев | Лолита Окольнова

Эволюция нервной системы

 
.

Обсуждение: «Эволюция нервной системы»

(Правила комментирования)

в условии
в решении
в тексте к заданию
в атрибутах

Категория:

Атрибут:

Всего: 264    … 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 | 101–120 | 121–140 | 141–160 | 161–180 …

Добавить в вариант

Всего: 264    … 21–40 | 41–60 | 61–80 | 81–100 | 101–120 | 121–140 | 141–160 | 161–180 …

From Wikipedia, the free encyclopedia

For a theory of evolution in nervous systems, see Neural Darwinism.

The evolution of nervous systems dates back to the first development of nervous systems in animals (or metazoans). Neurons developed as specialized electrical signaling cells in multicellular animals, adapting the mechanism of action potentials present in motile single-celled and colonial eukaryotes. Primitive systems, like those found in protists, use chemical signalling for movement and sensitivity; data suggests these were precursors to modern neural cell types and their synapses.^[1] When some animals started living a mobile lifestyle and eating larger food particles externally, they developed ciliated epithelia, contractile muscles and coordinating & sensitive neurons for it in their outer layer.^[2][3]

Simple nerve nets seen in acoels (basal bilaterians) and cnidarians are thought to be the ancestral condition for the Planulozoa (bilaterians plus cnidarians and, perhaps, placozoans). A more complex nerve net with simple nerve cords is present in ancient animals called ctenophores^[4] but no nerves, thus no nervous systems, are present in another group of ancient animals, the sponges (Porifera). Due to the common presence and similarity of some neural genes in these ancient animals and their protist relatives, the controversy of whether ctenophores or sponges diverged earlier, and the recent discovery of «neuroid» cells specialized in coordination of digestive choanocytes in Spongilla, the origin of neurons in the phylogenetic tree of life is still disputed.^[5][6][7] Further cephalization and nerve cord (ventral and dorsal) evolution occurred many times independently in bilaterians.^[5]

Neural precursors[edit]

Action potentials, which are necessary for neural activity, evolved in single-celled eukaryotes. These use calcium rather than sodium action potentials, but the mechanism was probably adapted into neural electrical signaling in multicellular animals. In some colonial eukaryotes, such as Obelia, electrical signals propagate not only through neural nets, but also through epithelial cells in the shared digestive system of the colony.^[8] Several non-metazoan phyla, including choanoflagellates, filasterea, and mesomycetozoea, have been found to have synaptic protein homologs, including secretory SNAREs, Shank, and Homer. In choanoflagellates and mesomycetozoea, these proteins are upregulated during colonial phases, suggesting the importance of these proto-synaptic proteins for cell to cell communication.^[9] The history of ideas on how neurons and the first nervous systems emerged in evolution has been discussed in a 2015 book by Michel Antcil.^[10] In 2022 two proteins SMIM20 and NUCB2, that are precursors of the neuropeptides phoenixin and nesfatin-1 respectively have been found to have deep homology across all lineages that preceded creatures with central nervous systems, bilaterians, cnidarians, ctenophores, and sponges as well as in choanoflagellates.^[11][12]

Sponges[edit]

Sponges have no cells connected to each other by synaptic junctions, that is, no neurons, and therefore no nervous system. They do, however, have homologs of many genes that play key roles in synaptic function. Recent studies have shown that sponge cells express a group of proteins that cluster together to form a structure resembling a postsynaptic density (the signal-receiving part of a synapse).^[13] However, the function of this structure is currently unclear. Although sponge cells do not show synaptic transmission, they do communicate with each other via calcium waves and other impulses, which mediate some simple actions such as whole-body contraction.^[14] Other ways sponge cells communicate with neighboring cells is through vesicular transport across highly dense regions of the cell membranes. These vesicles carry ions and other signaling molecules, but contain no true synaptic function.^[15]

Nerve nets[edit]

Jellyfish, comb jellies, and related animals have diffuse nerve nets rather than a central nervous system. In most jellyfish the nerve net is spread more or less evenly across the body; in comb jellies it is concentrated near the mouth. The nerve nets consist of sensory neurons that pick up chemical, tactile, and visual signals, motor neurons that can activate contractions of the body wall, and intermediate neurons that detect patterns of activity in the sensory neurons and send signals to groups of motor neurons as a result. In some cases groups of intermediate neurons are clustered into discrete ganglia.^[16]

The development of the nervous system in radiata is relatively unstructured. Unlike bilaterians, radiata only have two primordial cell layers, endoderm and ectoderm. Neurons are generated from a special set of ectodermal precursor cells, which also serve as precursors for every other ectodermal cell type.^[17]

Nerve cords[edit]

The vast majority of existing animals are bilaterians, meaning animals with left and right sides that are approximate mirror images of each other. All bilateria are thought to have descended from a common wormlike ancestor that appeared in the Cryogenian period, 700–650 million years ago.^[18] The fundamental bilaterian body form is a tube with a hollow gut cavity running from mouth to anus, and a nerve cord with an especially large ganglion at the front, called the «brain».

Even mammals, including humans, show the segmented bilaterian body plan at the level of the nervous system. The spinal cord contains a series of segmental ganglia, each giving rise to motor and sensory nerves that innervate a portion of the body surface and underlying musculature. On the limbs, the layout of the innervation pattern is complex, but on the trunk it gives rise to a series of narrow bands. The top three segments belong to the brain, giving rise to the forebrain, midbrain, and hindbrain.^[19]

Bilaterians can be divided, based on events that occur very early in embryonic development, into two groups (superphyla) called protostomes and deuterostomes.^[20] Deuterostomes include vertebrates as well as echinoderms and hemichordates (mainly acorn worms). Protostomes, the more diverse group, include arthropods, molluscs, and numerous types of worms. There is a basic difference between the two groups in the placement of the nervous system within the body: protostomes possess a nerve cord on the ventral (usually bottom) side of the body, whereas in deuterostomes the nerve cord is on the dorsal (usually top) side. In fact, numerous aspects of the body are inverted between the two groups, including the expression patterns of several genes that show dorsal-to-ventral gradients. Some anatomists now consider that the bodies of protostomes and deuterostomes are «flipped over» with respect to each other, a hypothesis that was first proposed by Geoffroy Saint-Hilaire for insects in comparison to vertebrates. Thus insects, for example, have nerve cords that run along the ventral midline of the body, while all vertebrates have spinal cords that run along the dorsal midline.^[21] But recent molecular data from different protostomes and deuterostomes reject this scenario and suggest that nerve cords independently evolved in both.^[22]

Annelida[edit]

Earthworms have dual nerve cords running along the length of the body and merging at the tail and the mouth. These nerve cords are connected by transverse nerves like the rungs of a ladder. These transverse nerves help coordinate the two sides of the animal. Two ganglia at the head end function similar to a simple brain. Photoreceptors on the animal’s eyespots provide sensory information on light and dark.^[23]

Nematoda[edit]

The nervous system of one very small worm, the roundworm Caenorhabditis elegans, has been mapped out down to the synaptic level. Every neuron and its cellular lineage has been recorded and most, if not all, of the neural connections are known. In this species, the nervous system is sexually dimorphic; the nervous systems of the two sexes, males and hermaphrodites, have different numbers of neurons and groups of neurons that perform sex-specific functions. In C. elegans, males have exactly 383 neurons, while hermaphrodites have exactly 302 neurons.^[24]

Arthropods[edit]

Arthropods, such as insects and crustaceans, have a nervous system made up of a series of ganglia, connected by a ventral nerve cord made up of two parallel connectives running along the length of the belly.^[25] Typically, each body segment has one ganglion on each side, though some ganglia are fused to form the brain and other large ganglia. The head segment contains the brain, also known as the supraesophageal ganglion. In the insect nervous system, the brain is anatomically divided into the protocerebrum, deutocerebrum, and tritocerebrum. Immediately behind the brain is the subesophageal ganglion, which is composed of three pairs of fused ganglia. It controls the mouthparts, the salivary glands and certain muscles. Many arthropods have well-developed sensory organs, including compound eyes for vision and antennae for olfaction and pheromone sensation. The sensory information from these organs is processed by the brain.

In insects, many neurons have cell bodies that are positioned at the edge of the brain and are electrically passive—the cell bodies serve only to provide metabolic support and do not participate in signalling. A protoplasmic fiber runs from the cell body and branches profusely, with some parts transmitting signals and other parts receiving signals. Thus, most parts of the insect brain have passive cell bodies arranged around the periphery, while the neural signal processing takes place in a tangle of protoplasmic fibers called neuropil, in the interior.^[26]

Evolution of central nervous systems[edit]

Evolution of the human brain[edit]

There has been a gradual increase in brain volume as the ancestors of modern humans progressed along the human timeline of evolution (see Homininae), starting from about 600 cm³ in Homo habilis up to 1736 cm³ in Homo neanderthalensis. Thus, in general there is a correlation between brain volume and intelligence.^[27] However, modern Homo sapiens have a smaller brain volume (brain size 1250 cm³) than neanderthals; women have a brain volume slightly smaller than men, and the Flores hominids (Homo floresiensis), nicknamed «hobbits», had a cranial capacity of about 380 cm³, about a third of the Homo erectus average and considered small for a chimpanzee. It is proposed that they evolved from H. erectus as a case of insular dwarfism. In spite of their threefold smaller brain there is evidence that H. floresiensis used fire and made stone tools as sophisticated as those of their proposed ancestor, H. erectus.^[28] Iain Davidson summarizes the opposite evolutionary constraints on human brain size as «As large as you need and as small as you can».^[29] The human brain has evolved around the metabolic, environmental, and social needs that the species has dealt with throughout its existence. As hominid species evolved with increased brain size and processing power, the overall metabolic need increased. Compared to chimpanzees, humans consume more calories from animals than from plants. While not certain, studies have shown that this shift in diet is due to the increased need for the fatty acids more readily found in animal products^{[citation needed]}. These fatty acids are essential for brain maintenance and development. Other factors to consider are the need for social interaction and how hominids have interacted with their environments over time.^[30]

Brain evolution can be studied using endocasts, a branch of neurology and paleontology called paleoneurology.

See also[edit]

• Evolutionary developmental biology
• Evolutionary neuroscience
• Noogenesis

References[edit]

From Wikipedia, the free encyclopedia

For a theory of evolution in nervous systems, see Neural Darwinism.

The evolution of nervous systems dates back to the first development of nervous systems in animals (or metazoans). Neurons developed as specialized electrical signaling cells in multicellular animals, adapting the mechanism of action potentials present in motile single-celled and colonial eukaryotes. Primitive systems, like those found in protists, use chemical signalling for movement and sensitivity; data suggests these were precursors to modern neural cell types and their synapses.^[1] When some animals started living a mobile lifestyle and eating larger food particles externally, they developed ciliated epithelia, contractile muscles and coordinating & sensitive neurons for it in their outer layer.^[2][3]

Simple nerve nets seen in acoels (basal bilaterians) and cnidarians are thought to be the ancestral condition for the Planulozoa (bilaterians plus cnidarians and, perhaps, placozoans). A more complex nerve net with simple nerve cords is present in ancient animals called ctenophores^[4] but no nerves, thus no nervous systems, are present in another group of ancient animals, the sponges (Porifera). Due to the common presence and similarity of some neural genes in these ancient animals and their protist relatives, the controversy of whether ctenophores or sponges diverged earlier, and the recent discovery of «neuroid» cells specialized in coordination of digestive choanocytes in Spongilla, the origin of neurons in the phylogenetic tree of life is still disputed.^[5][6][7] Further cephalization and nerve cord (ventral and dorsal) evolution occurred many times independently in bilaterians.^[5]

Neural precursors[edit]

Action potentials, which are necessary for neural activity, evolved in single-celled eukaryotes. These use calcium rather than sodium action potentials, but the mechanism was probably adapted into neural electrical signaling in multicellular animals. In some colonial eukaryotes, such as Obelia, electrical signals propagate not only through neural nets, but also through epithelial cells in the shared digestive system of the colony.^[8] Several non-metazoan phyla, including choanoflagellates, filasterea, and mesomycetozoea, have been found to have synaptic protein homologs, including secretory SNAREs, Shank, and Homer. In choanoflagellates and mesomycetozoea, these proteins are upregulated during colonial phases, suggesting the importance of these proto-synaptic proteins for cell to cell communication.^[9] The history of ideas on how neurons and the first nervous systems emerged in evolution has been discussed in a 2015 book by Michel Antcil.^[10] In 2022 two proteins SMIM20 and NUCB2, that are precursors of the neuropeptides phoenixin and nesfatin-1 respectively have been found to have deep homology across all lineages that preceded creatures with central nervous systems, bilaterians, cnidarians, ctenophores, and sponges as well as in choanoflagellates.^[11][12]

Sponges[edit]

Sponges have no cells connected to each other by synaptic junctions, that is, no neurons, and therefore no nervous system. They do, however, have homologs of many genes that play key roles in synaptic function. Recent studies have shown that sponge cells express a group of proteins that cluster together to form a structure resembling a postsynaptic density (the signal-receiving part of a synapse).^[13] However, the function of this structure is currently unclear. Although sponge cells do not show synaptic transmission, they do communicate with each other via calcium waves and other impulses, which mediate some simple actions such as whole-body contraction.^[14] Other ways sponge cells communicate with neighboring cells is through vesicular transport across highly dense regions of the cell membranes. These vesicles carry ions and other signaling molecules, but contain no true synaptic function.^[15]

Nerve nets[edit]

Jellyfish, comb jellies, and related animals have diffuse nerve nets rather than a central nervous system. In most jellyfish the nerve net is spread more or less evenly across the body; in comb jellies it is concentrated near the mouth. The nerve nets consist of sensory neurons that pick up chemical, tactile, and visual signals, motor neurons that can activate contractions of the body wall, and intermediate neurons that detect patterns of activity in the sensory neurons and send signals to groups of motor neurons as a result. In some cases groups of intermediate neurons are clustered into discrete ganglia.^[16]

The development of the nervous system in radiata is relatively unstructured. Unlike bilaterians, radiata only have two primordial cell layers, endoderm and ectoderm. Neurons are generated from a special set of ectodermal precursor cells, which also serve as precursors for every other ectodermal cell type.^[17]

Nerve cords[edit]

The vast majority of existing animals are bilaterians, meaning animals with left and right sides that are approximate mirror images of each other. All bilateria are thought to have descended from a common wormlike ancestor that appeared in the Cryogenian period, 700–650 million years ago.^[18] The fundamental bilaterian body form is a tube with a hollow gut cavity running from mouth to anus, and a nerve cord with an especially large ganglion at the front, called the «brain».

Even mammals, including humans, show the segmented bilaterian body plan at the level of the nervous system. The spinal cord contains a series of segmental ganglia, each giving rise to motor and sensory nerves that innervate a portion of the body surface and underlying musculature. On the limbs, the layout of the innervation pattern is complex, but on the trunk it gives rise to a series of narrow bands. The top three segments belong to the brain, giving rise to the forebrain, midbrain, and hindbrain.^[19]

Bilaterians can be divided, based on events that occur very early in embryonic development, into two groups (superphyla) called protostomes and deuterostomes.^[20] Deuterostomes include vertebrates as well as echinoderms and hemichordates (mainly acorn worms). Protostomes, the more diverse group, include arthropods, molluscs, and numerous types of worms. There is a basic difference between the two groups in the placement of the nervous system within the body: protostomes possess a nerve cord on the ventral (usually bottom) side of the body, whereas in deuterostomes the nerve cord is on the dorsal (usually top) side. In fact, numerous aspects of the body are inverted between the two groups, including the expression patterns of several genes that show dorsal-to-ventral gradients. Some anatomists now consider that the bodies of protostomes and deuterostomes are «flipped over» with respect to each other, a hypothesis that was first proposed by Geoffroy Saint-Hilaire for insects in comparison to vertebrates. Thus insects, for example, have nerve cords that run along the ventral midline of the body, while all vertebrates have spinal cords that run along the dorsal midline.^[21] But recent molecular data from different protostomes and deuterostomes reject this scenario and suggest that nerve cords independently evolved in both.^[22]

Annelida[edit]

Earthworms have dual nerve cords running along the length of the body and merging at the tail and the mouth. These nerve cords are connected by transverse nerves like the rungs of a ladder. These transverse nerves help coordinate the two sides of the animal. Two ganglia at the head end function similar to a simple brain. Photoreceptors on the animal’s eyespots provide sensory information on light and dark.^[23]

Nematoda[edit]

The nervous system of one very small worm, the roundworm Caenorhabditis elegans, has been mapped out down to the synaptic level. Every neuron and its cellular lineage has been recorded and most, if not all, of the neural connections are known. In this species, the nervous system is sexually dimorphic; the nervous systems of the two sexes, males and hermaphrodites, have different numbers of neurons and groups of neurons that perform sex-specific functions. In C. elegans, males have exactly 383 neurons, while hermaphrodites have exactly 302 neurons.^[24]

Arthropods[edit]

Arthropods, such as insects and crustaceans, have a nervous system made up of a series of ganglia, connected by a ventral nerve cord made up of two parallel connectives running along the length of the belly.^[25] Typically, each body segment has one ganglion on each side, though some ganglia are fused to form the brain and other large ganglia. The head segment contains the brain, also known as the supraesophageal ganglion. In the insect nervous system, the brain is anatomically divided into the protocerebrum, deutocerebrum, and tritocerebrum. Immediately behind the brain is the subesophageal ganglion, which is composed of three pairs of fused ganglia. It controls the mouthparts, the salivary glands and certain muscles. Many arthropods have well-developed sensory organs, including compound eyes for vision and antennae for olfaction and pheromone sensation. The sensory information from these organs is processed by the brain.

In insects, many neurons have cell bodies that are positioned at the edge of the brain and are electrically passive—the cell bodies serve only to provide metabolic support and do not participate in signalling. A protoplasmic fiber runs from the cell body and branches profusely, with some parts transmitting signals and other parts receiving signals. Thus, most parts of the insect brain have passive cell bodies arranged around the periphery, while the neural signal processing takes place in a tangle of protoplasmic fibers called neuropil, in the interior.^[26]

Evolution of central nervous systems[edit]

Evolution of the human brain[edit]

There has been a gradual increase in brain volume as the ancestors of modern humans progressed along the human timeline of evolution (see Homininae), starting from about 600 cm³ in Homo habilis up to 1736 cm³ in Homo neanderthalensis. Thus, in general there is a correlation between brain volume and intelligence.^[27] However, modern Homo sapiens have a smaller brain volume (brain size 1250 cm³) than neanderthals; women have a brain volume slightly smaller than men, and the Flores hominids (Homo floresiensis), nicknamed «hobbits», had a cranial capacity of about 380 cm³, about a third of the Homo erectus average and considered small for a chimpanzee. It is proposed that they evolved from H. erectus as a case of insular dwarfism. In spite of their threefold smaller brain there is evidence that H. floresiensis used fire and made stone tools as sophisticated as those of their proposed ancestor, H. erectus.^[28] Iain Davidson summarizes the opposite evolutionary constraints on human brain size as «As large as you need and as small as you can».^[29] The human brain has evolved around the metabolic, environmental, and social needs that the species has dealt with throughout its existence. As hominid species evolved with increased brain size and processing power, the overall metabolic need increased. Compared to chimpanzees, humans consume more calories from animals than from plants. While not certain, studies have shown that this shift in diet is due to the increased need for the fatty acids more readily found in animal products^{[citation needed]}. These fatty acids are essential for brain maintenance and development. Other factors to consider are the need for social interaction and how hominids have interacted with their environments over time.^[30]

Brain evolution can be studied using endocasts, a branch of neurology and paleontology called paleoneurology.

See also[edit]

• Evolutionary developmental biology
• Evolutionary neuroscience
• Noogenesis

References[edit]