DIE EVOLUTION DES GEHIRNS

AUF DEM WEG ZUM GEHIRN

Wie könnte die Evolution ein derart unerhörtes Gebilde wie das menschliche Gehirn mit solch außergewöhnlichen Fähigkeiten hervorgebracht haben?!

Wir wollen drei gravierende Aspekte unter die Lupe nehmen: Zunächst geht es darum, ob und woher unter frühzeitlichen Bedingungen die Energie für ein großvolumiges Nervengewebe im Kopf bereitgestellt werden konnte. Danach prüfen wir die möglichen „Gründe“ für die Entwicklung eines komplexen Gehirnes. Welche Anforderungen könnten diesen Anpassungsschritt angeregt haben bzw. welche gravierenden Vorteile haben Lebewesen mit einem komplexen Gehirn? Zuletzt wollen wir uns ansehen, was ein Gehirn überhaupt ist und wie die vielfältigen mentalen bzw. psychischen Phänomene erzeugt werden können.

ASPEKT I:
EIN GEHIRN MUSS MAN SICH LEISTEN KÖNNEN

Für uns Industriestaaten- Bewohner hört es sich vielleicht seltsam an, wenn man im Zusammenhang mit dem Gehirn von Ökonomie und Energieverbrauch redet?! Wir kämpfen längst nicht mehr gegen den Hunger als vielmehr gegen unser Übergewicht.

Aber die Ernährungssituation unserer Vorfahren war eine völlig andere! Sie waren dazu gezwungen, sinnvoll mit dem Nötigsten umzugehen!

Ein komplexes Gehirn mit ausgereiften kognitiven Funktionen und einem Ich-Bewusstsein zu besitzen hat viele Vorteile, wie wir uns ja alle gut denken können. Auf dem evolutionären Weg zum Gehirn gab es aber schwere Hürden zu überwinden die auch und insbesondere mit der Frage der Energieversorgung zusammenhängen! Ein menschliches Hirn verbraucht nämlich sehr viel Energie und deren kontinuierliche Verfügbarkeit galt es unter den damaligen Bedingungen erst einmal sicher zu gewährleisten!

Vorweg möchte ich einräumen, dass die Frage nach dem Wie keinesfalls abschließend geklärt ist! Man weiß nur dass sich die notwendigen Bedingungen für die Evolution eines 1400 Gramm schweren, energiefressenden neuronalen Zellklumpens irgendwann auf irgendeine Weise eingestellt haben.

Auf einige überaus ernsthafte und erfolgversprechende Hypothesen zur Beantwortung dieser Frage werden wir auf dieser Seite zu sprechen kommen!

Wenn man verschiedene Säugetierarten mit Primaten (Affen) und Menschen miteinander vergleicht, so sticht in Bezug auf deren Gehirn folgendes ins Auge:

Affen haben ein für Säugetier-Verhältnisse ungewöhnlich großes Gehirn. Menschenaffen wiederum haben für die Verhältnisse von Affen ein ungewöhnlich großes Gehirn und Menschen schließlich haben gegenüber den Menschenaffen ein ungewöhnlich großes Gehirn!

Es existiert eine eindeutige Korrelation zwischen Hirngröße (Volumen) und Intelligenz, zumindest innerhalb von verwandten Arten! Verschiedene Vorläufer-Menschen (Hominiden) werden u.a. aufgrund ihres Hirnvolumens (ermittelbar indem man den Schädel mit Flüssigkeit ausfüllt) klassifiziert. Je mehr Kubikzentimeter Nervengewebe wohl in den betreffenden Kopf gepasst haben, umso höher sind die kognitiven Fähigkeiten des Subjektes gewesen!

Natürlich darf man die allgemein stimmige Masse/Leistungs-Korrelation nicht zu sehr auf die Spitze treiben, insbesondere wenn es um Vergleiche zwischen wenig verwandten Arten geht!

Die (neuronale) Verschaltungsarchitektur ist selbstverständlich ein ebenfalls überaus gewaltiger Faktor in Bezug auf die Leistung eines Gehirns! Deshalb sind auch Elefanten (mit 4,5 Kilo schweren Gehirnen) nicht intelligenter als wir und deshalb ist auch ein Mann mit einem durchschnittlich 1375 Gramm schweren Hirn nicht zwangsläufig intelligenter als eine Frau, deren Hirn auf durchschnittlich 1245 Gramm kommt!

Der Mensch stellt jedenfalls eine Besonderheit in Bezug auf seine Hirnentwicklung dar! Er ist das einzige Lebewesen, dessen Gehirn nach der Geburt noch wächst! Die Rede ist in diesem Fall nicht von lern- und erfahrungsbedingten neuronalen Umbau-Prozessen, sondern vom rein quantitativen Wachstum der Hirnmasse! Das sich entwickelnde Hirn benimmt sich so, als würde die Schwangerschaft deutlich über 20 Monate dauern!

Bedingt durch den aufrechten Gang des Menschen kann ein weibliches Becken aus statischen Gründen nicht noch breiter werden. Somit wird das Hirnwachstum erzwungener Weise aus dem Mutterleib nach außen verlegt.

Der daraus resultierende Nachteil ist jeder Mutter bestens vertraut: Sie hat nach der Entbindung ein vollständig hilfloses und unselbständiges Balg am Hals, das weder stehen noch gehen, ja nicht einmal aus eigener Kraft aufrecht sitzen kann!

Wenn man es ganz genau nimmt: Die „Abschlussarbeiten“ der Gehirnreife finden sogar erst im frühen Erwachsenenalter statt! Dann nämlich erst sind sämtliche Nervenfasern im Hirn „myelinisiert“, d.h. mit einer Isolierschicht namens „Myelin“ (das ist ein Protein) versehen, welche die maximale Nervenleitgeschwindigkeit zwischen räumlich distanzierten Hirnbereichen gewährleistet. Das mitunter fatale Verhalten und die emotionale Instabilität menschlicher Teenager werden u.a. mit dieser mangelhaften Isolierung der Nervenbahnen mit Myelin begründet! Die Verschaltungen passen zwar bei einem heutigen 14–17-jährigen Homo Sapiens so weit ganz gut, aber die Synchronisation verschiedener Rindenfelder der Großhirnrinde lässt eben noch etwas zu wünschen übrig!

Der Vorteil dieses extrem langwierigen Hirnreifeprozesses liegt in der enormen Plastizität (=Wandelbarkeit), welches das menschliche Hirn aufweist. Dieser Reifeprozess ist (bei Menschen) nämlich nicht nur eine innere Angelegenheit, sondern ein Wechselspiel zwischen Natur und Kultur. Wie kein anderes Lebewesen reagieren und interagieren wir auf bzw. mit den besonderen (familiären, kulturellen, gesellschaftlichen) Bedingungen innerhalb derer wir aufwachsen und von denen wir geprägt werden!

Die nachgeburtliche Hirnreifung ist aber nicht der einzige Aufwand, den die Evolution für die Entstehung des humanen Hirns geleistet hat!

Ein Gehirn ist -wie bereits angedeutet- unter energieökonomischen Aspekten der reinste Luxus!

Das Hirn eines Menschen wiegt nur 2% seines Körpergewichtes, verbraucht aber 20% der Energie! Ein Kilo Hirnmasse benötigt 11,2 Watt! Das übrige Körpergewebe benötigt pro Kilogramm nur 1,25 Watt!

Das Hirn eines Neugeborenen fordert gar 74% seiner Stoffwechselenergie!

Die Ursache hierfür liegt in der enormen Menge an Stoffwechselreaktionen im Hirn! Die Nervenzellen werden ständig mit Kaliumionen vollgepumpt, Natriumionen hingegen werden aus den Zellen heraus geschleust! Außerdem produziert das Hirn unentwegt Botenstoffe, sog. Neurotransmitter und Hormone!

Mit der Energiesituation eines wildlebenden Tieres oder der damaligen Vor-Menschen verhält es sich im Grunde vergleichbar wie mit der finanziellen Situation eines (normal oder sogar nur gering verdienenden) Jetzt- Menschen! Will er ein Haus kaufen, kann er sich kein großes Auto mehr leisten! Hat er hohe Mietkosten zu begleichen, darf er nicht zu oft in Urlaub fahren!

Auch an den Körpern unserer Vorfahren musste irgendwo gespart werden, damit auf der anderen Seite die nötige Energiemenge für ein Gehirn freigesetzt werden konnte!

An verschiedenen inneren Organen und an der Skelettmuskulatur sind Einsparungen nicht möglich- zumindest nicht in dem Umfang, dass der enorme Energiebedarf des Hirns damit ausgewogen werden könnte!

Eine Lösung aber gab es: Den Verdauungstrakt, genauer gesagt den Darm! Wenn man einen Durchschnittswert für Körpermasse, Hirnvolumen und Darmlänge aller Säugetiere ermittelt und diese Daten mit den Parametern des menschlichen Körpers vergleicht, dann kommt man zu folgendem erstaunlichen Ergebnis:

Der Darm des Menschen ist um 60% kleiner, sein Hirn dafür um 60% größer! Das Hirn scheint sich im Vergleich zu einem „gewöhnlichen“ Säugetier im Verhältnis 1:1 auf Kosten des Verdauungstraktes ausgedehnt zu haben!

_{Peter F. Weber/ Der domestizierte Affe/ Patmos Verlag GmbH & Co. KG}

Der Verdauungstrakt ist am Rande bemerkt der zweitgrößte Energiefresser im Körper!

Nun sind aber Einsparungen am Verdauungstrakt auch nicht ganz unkritisch! Immerhin werden hier Nährstoffe aufgeschlüsselt und so umgewandelt, dass sie der Körper als Energie benutzen und/oder in eigenes Körpergewebe umwandeln kann!

Diese Einsparung kann nur gelungen sein, indem unsere Vorfahren eine sehr effektive Nahrungsbeschaffung praktiziert haben. Der menschliche Körper wurde darauf ausgerichtet, geballte Energieträger oder „Kalorienbomben“ zu verdauen!

Wir essen im Durchschnitt locker 3-mal am Tag. Dies mag zwar eher kulturellen Gründen als der biologischen Notwendigkeit geschuldet sein! Dennoch müssen wir tatsächlich viel regelmäßiger Nahrung aufnehmen, als es die meisten freilebenden Säugetiere, die keine Vegetarier sind, überhaupt könnten (allein schon weil ein derart konstanter Jagderfolg unrealistisch ist).

Eine Kuh bspw. kann aus gewöhnlichem Gras Energie und Nährstoffe gewinnen! Sie hat auch 3 Mägen und 20-30 Meter Darmlänge (der menschliche Darm ist mit durchschnittlich 4 bis 6,5 Metern Länge im direkten Vergleich hierzu sehr kurz)! Rein theoretisch könnte der menschliche Körper ebenfalls aus Gras Nährstoffe gewinnen – wenn er einen viel längeren und leistungsfähigeren Darm hätte!

Man weiß nicht sicher, welche Umstände es dem Vormenschen ermöglichten, beständig an energiereiche, konzentrierte Nahrung zu gelangen und dadurch eine erhebliche Darmlänge einzusparen!

Die allgemein etablierte Erklärung besagt, dass unsere Vorfahren sehr effektive Jäger waren, die tonnenweise Tierfleisch erbeuteten und täglich Steak aßen! Diese Erklärung hinkt aber in mehrerlei Hinsicht! Zum einen zeigen Beobachtungen an heutigen Naturvölkern, dass ein dauerhafter und kontinuierlicher Jagderfolg eigentlich gar nicht existiert! Üppige Fleischrationen sind eher die Ausnahme als die Regel! Gesammelte Früchte und ausgegrabene Wurzeln stellen bei diesen Menschen hingegen den größten Teil in der Gesamt-Ernährung dar! Die Beutetiere der Vormenschen waren überdies schnell, mitunter auch wehrhaft und in der sehr frühen Phase der Menschheitsentstehung waren die Hominiden auch bestimmt noch keine sehr schlauen Jäger, die ausgefeilte Strategien und Waffen benutzen! Ferner gab es keine Möglichkeit, erbeutetes Fleisch zu konservieren, d.h. der größte Teil eines erlegten Mammuts dürfte sinnlos vergammelt sein- wenn nicht zufällig 150 Leute gleichzeitig daran geknuspert haben. Man könnte hier noch auf weitere „Hinderungsgründe“ für eine beständige „Frischfleischquelle“ eingehen.

Stattdessen möchte ich eine sehr viel versprechende und zunehmend diskutierte Hypothese erwähnen, die Peter F. Weber in „Der domestizierte Affe“ präsentiert!

Diese Hypothese besagt, dass die Urmenschen in der Savanne Insekten verzehrt haben, die sie u.a. mit allergeringstem Aufwand und in erheblichen Mengen von Kadavern nehmen konnten, die in der afrikanischen Wildnis überall und allenthalben in der Gegend verwesen!

Ein kleines Rechenbeispiel gefällig?

100 Gramm afrikanische Termiten enthalten 610 Kilokalorien, 46 Gramm Fett und 38 Gramm Eiweiß! Ein Big Mac vom MC Donalds (wiegt etwa 220 Gramm) bringt es gerade auf 495 Kilokalorien, 25 Gramm Fett und 27 Gramm Eiweiß!

100 Gramm äthiopische Fliegenlarven haben 60 Gramm Eiweiß und 26 Gramm Fett. Das entspricht der Eiweißmenge von 3 Steaks!

Was macht diese Hypothese so brisant?! – Die Tatsache, dass Insekten aus genau jenen mehrfach ungesättigten Fettsäuren bestehen, aus denen auch das menschliche Hirn aufgebaut ist!

Und wie steht es mit dem Ekel-Faktor?!

Nun- vergammelndes Fleisch hat unter dem Gesichtspunkt der Ernährung keinen Nutzen für Menschen und war sicher auch für unsere Vorfahren uninteressant! Das sog. „Leichengift“ ist zudem sehr toxisch!

Wenn aber eine Made Substanz von totem Fleisch in sich aufgenommen hat, dann hat diese Substanz schon einen Umwandlungsprozess hinter sich! Die Larven produzieren ein Enzym das Eiweißstoffe in eine flüssige Brühe verwandelt, welche sie dann aufsaugen. Ferner müssen die Larven so gut wie steril sein, wenn sie sich verpuppen, um nicht selber von Mikroben zersetzt zu werden! Die Natur hat sie mit besonderen Fähigkeiten ausgestattet! Maden sind regelrechte Mirkobenvernichtungsmaschinen, die antibakterielle Sekrete abgeben!

Falls jemand Zweifel hat, ob es genügend von den Dingern gegeben haben könnte:

Innerhalb eines Tages nach der Eiablage durch eine Fliege schlüpfen aus tausenden von Eiern 0,1 Milligramm leichte weiße Fressmaschinen, die binnen 5 Tagen zu fetten, 84 Gramm schweren Ekelpaketen heranwachsen. Wissenschaftler haben herausgefunden, dass sich auf einer einzigen toten Gazelle etwa gut 25 Kilogramm von ihnen tummeln!

Es sei dahingestellt, ob diese Hypothese den Nagel auf den Kopf trifft. Aber entweder auf diese oder auf eine andere Weise ist es unseren Vorfahren offensichtlich gelungen, das Ernährungsproblem nachhaltig zu lösen!

Vielleicht ist die Antwort auch einfacher:

Ein gravierender Unterschied zwischen Mensch und Affe besteht nämlich in der chemischen Zusammensetzung des Speichels. Unser Speichel ist in der Lage, Stärke aus Pflanzenknollen herauszulösen und so für die weiteren Verdauungsschritte in Magen und Darm verwertbar zu machen! Wenn Schimpansen oder allgemein Affen hingegen Erdknollen essen, scheiden sie den größten Teil der energiereichen Stärke wieder aus! Sie würden bei überwiegendem Verzehr von Knollen genauso verhungern, wie ein Mensch verhungern würde, dem ausschließlich Gras als Nahrung zur Verfügung stünde! Das dies nicht etwa am Gras, sondern tatsächlich am Verdauungstrakt liegt, ist klar! Sonst könnte ein 600 Kilogramm schwerer Ochse seine muskulöse Masse nicht aus Gras bilden!

Es mangelt also keinesfalls an möglichen natürlichen Ursachen, die den Startschuss für die Entstehung eines sehr viel Energie verbrauchenden Gehirnes auf Kosten von Darmlänge gesetzt haben könnten! Eine weitere denkbare Möglichkeit wird unter dem Kapitel „Der aufrechte Gang“ auf der Start-Seite dieser Homepage vorgestellt. Die ungewöhnlich großen Füße des Menschen könnten in einem ebenso beachtenswerten Zusammenhang zu seinem großen Hirn stehen, wie sein kurzer Darm!

 ASPEKT II:
FÜR EIN GEHIRN MUSS EIN BEDARF BESTEHEN

Warum ist das menschliche Gehirn entstanden?! Eine salopp-überspitzte Antwort könnte lauten: Weil es Lebewesen gab, die es sich erstens leisten konnten (Energie-bzw. Ernährungssituation s.o.) und die es zweitens benötigt haben!

Welche Vorteile resultieren aus einem komplexen Gehirn mit einem Gedächtnis, einem Bewusstsein und diversen kognitiven Fähigkeiten?!

Bei Affen ist man auf folgenden Zusammenhang gestoßen: Je komplexer die Ernährungsgewohnheiten sind und je komplexer die sozialen Verflechtungen innerhalb der Gruppe sind, umso größer ist das Hirn und umso schlauer sind die Tiere! Das liegt auf der Hand: Ein Koala-Bär bspw. der tagein tagaus ausschließlich Eukalyptus-Blätter frisst braucht nicht viel Hirnschmalz! Ein Affe, der sich von verschiedenen Früchten ernährt muss hingegen wissen wo die verschiedenen Leckereien zu finden sind. Er muss aber auch wissen zu welchen Zeiten sie reif sind (damit er nicht umsonst den Weg auf sich nimmt) und muss ggf. auch abwägen können, welchen Weg er benutzt (Gefahrenvermeidung, Arbeitsaufwand). Er braucht also mentale Landkarten, wo er einige Fakten und räumliche Dispositionen speichern kann!

Für das Überleben in der Gruppe ist es erst recht wichtig, verschiedene Fakten zu einzelnen Mitgliedern speichern und deren Bedeutung richtig einschätzen zu können! Ein Schimpanse, der von einem Tag auf den anderen vergisst, wer gerade die favorisierten Kumpel oder Geschlechtspartnerinnen vom Chef sind, kann sich großen Ärger einhandeln!

Nachfolgendes Zitat von Kenneth Craik, Autor von „The Nature of Explanation“ vergegenwärtig uns die Vorteile eines Denkvermögens:

„Das Nervensystem ist … eine Rechenmaschine, die fähig ist, externe Ereignisse zu modellieren oder zu parallelisieren … Wenn der Organismus ein „maßstäblich verkleinertes Modell“ der externen Realität und seiner eigenen möglichen Handlungen im Kopf trägt, kann er verschiedene Alternativen ausprobieren, schließen, welches die beste ist, auf zukünftige Situationen reagieren, bevor sie auftreten, das Wissen vergangener Ereignisse nutzen, um mit zukünftigen fertig zu werden, und in jeder Hinsicht  viel umfassender, sicherer und kompetenter auf unerwartete Ereignisse reagieren, denen er sich gegenübersieht.“

^{Kenneth Craik: „The Nature of Explanation“}

Menschen können zukünftige Handlungsabläufe simulieren und den Unsinn im Kopf off-line, ausmerzen! Wir können unsere Hypothesen für uns stellvertretend in den Tod schicken!

Das entscheidende Kriterium welches „schlichte“ Verhaltensweisen von Lebewesen ohne ein Ich-Bewusstsein von typisch menschlichen Verhaltens- und Handlungsweisen unterscheidet, besteht in dem Umstand, dass wir „willentliche“ Entscheidungen treffen. Unentwegt fällen wir tagein, tagaus die unterschiedlichsten Entscheidungen bezüglich kurz-, mittel-, und langfristiger Handlungsoptionen.

Der populäre Hirnforscher und Buchautor Antonio Damasio unterscheidet mehrere sog.

NEUROLOGISCHE ENTSCHEIDUNGSAPPARATE

Der evolutionäre Hintergrund für die Entwicklung der Fähigkeit des Denkens dürfte seinen Ausführungen zufolge mit den damit verbundenen Vorteilen für das Treffen von Entscheidungen verbunden sein:
Man kann in Gedanken das Szenario einer zukünftigen Situation entwerfen, ehe sie real eintritt. Hierzu können gespeichertes Wissen und Erfahrungen abgerufen werden, so dass bei Eintreten der Situation ohne Zeitverlust eine (ausgedachte) Handlung ausgeführt werden kann.

Entscheidungen zu treffen, entspricht also einer wesentlichen Essenz unserer menschlichen Natur und fast ständig sind wir in der Situation Entscheidungen treffen zu müssen, ob es nun um berufliche oder private Dinge, um einen Autokauf oder nur um die Frage geht, ob ich 2 oder 3 Stück Zucker in den Kaffee geben soll!

Damasio definiert 3 verschiedene Ebenen von „Entscheidungsapparaten“:

– Der älteste ist für die fundamentale biologische Regulation zuständig.
 Er betrifft die Belange um Nahrungsaufnahme, Unterschlupf, Schlafen, etc.

– Dann kommt der Apparat für den persönlichen sozialen Bereich.
 Für das Überleben unserer hominiden Vorfahren war es nicht nur wichtig, allgemeine Informationen in einfache Kategorien einzuordnen (z.B. genießbar/ungenießbar; gefährliches Tier/ leicht zu erlegendes Tier, etc.). Um sich in der eigenen Gruppe und gegenüber Fremden zu behaupten, galt es auch, sich Meinungen über andere zu bilden: Soll ich mich bei Konflikten mit diesem oder jenem Gruppenmitglied verbünden? Wirkt ein Fremder gefährlich oder friedlich? Auch für unser heutiges soziales Überleben ist es wichtig, andere Menschen anhand gewisser Informationen- etwa auffälliger Verhaltensweisen- in geistige Schubladen zu stecken und das eigene Verhalten ihnen gegenüber zu modifizieren!

– Der „Jüngste“ neurologische Entscheidungsapparat ist für abstrakte symbolische Operationen, für wissenschaftliches Denken, Sprache, Mathematik etc. zuständig.

In diesen Strukturen entwirft man komplexere Repräsentationen in Form von Metaphern und Analogien, verwendet dabei (sprachliche) Symbole, setzt dieselben durch grammatische Begriffe in Bezug zueinander oder arbeitet mit Zahlen und mathematischen Formeln.

Nun haben wir sowohl etwas über die möglichen Bedingungen für die Entstehung eines komplexen Gehirns als auch über die aus einem solchen Gehirn resultierenden Vorteile erfahren!
Eine Kleinigkeit wurde bisher aber ausgespart:

WAS IST EIN GEHIRN ÜBERHAUPT?

DAS GEHIRN:
ALLGEMEINES ZU AUFBAU UND FUNKTION

Das Gehirn ist das komplexeste Organ im Körper. Seine ursprünglichste Aufgabe besteht darin, das Überleben seines Eigentümers zu gewährleisten!
Es steuert und reguliert alle Lebenserhaltungssysteme (Atmung, Herzschlag, Hormonhaushalt, Verdauung, etc.) und befähigt uns zu kognitiven Leistungen. Es bildet ein Gedächtnis, bringt Emotionen, Motive und Verhalten hervor und generiert insgesamt die noch weithin unverstandenen und mystisch anmutenden Phänomene des BEWUSSTSEINS und des SELBST (Identität).

Verantwortlich für all diese Vorgänge und Prozesse im Gehirn sind die NEURONE.

DAS NEURON

Unter den Neuronen versteht man die etwa 100 Milliarden Hirn-Nervenzellen. Ein einzelnes Neuron kann mit 1000 bis 100.000 anderen Neuronen verbunden sein. Insgesamt ergibt sich eine theoretisch denkbare Zahl von 40 Billionen verschiedenen Verschaltungsmustern!