Beynin evrimi

Beynin evrimi sürecinde etkili olan ilkelerle ilgili belirsizlikler günümüzde hala çözülememiştir. Beyin-vücut oranı allometrik olarak ölçeklenir. Küçük vücutlu memeliler vücutlarına kıyasla nispeten büyük beyinlere sahipken, büyük memeliler (balinalar gibi) daha küçük beyin-vücut oranlarına sahiptir. Primatların beyin ağırlıklarının vücut ağırlıklarına oranları, primat türünün beyin gücünü yönelik fikir verebilmektedir. İnsanlarda bu oran diğer primat türlerine göre çok daha yüksektir, bu da insanların beyin kitle indeksinin diğer primatlara göre daha yüksek olduğunu gösterir.

Beyin gelişiminin erken tarihi

Ana madde: Sinir sistemlerinin evrimi

Beyin evrimini anlamaya yönelik yaklaşımlardan birisi, kimyasal ve elektriksel sinyallere izin veren yapılarda giderek artan karmaşıklığı gözlemleyebilmek için bir paleoarkeolojik zaman çizelgesi kullanmaktır. Beyinler ve diğer yumuşak dokular, mineralize dokular kadar kolay fosilleşmediğinden, bilim adamları beynin evrimine yönelik kanıtları genellikle fosil kayıtlarındaki diğer yapılarda ararlar. Ancak bu durum, kimyasal ve elektriksel sinyalleşme kanıtlarından çok önce koruyucu kemik veya diğer koruyucu dokulara sahip daha karmaşık sinir sistemlerine sahip organizmaların fosillerinin ortaya çıkması ile beraber bir ikileme yol açmıştır. Son kanıtlar, elektriksel ve kimyasal sinyalleri iletme yeteneğinin, daha karmaşık çok hücreli yaşam formlarından önce bile var olduğunu göstermiştir.

Belirli durumlarda beynin veya diğer yumuşak dokuların fosilleşmesi mümkündür ve bilim adamları, ilk beyin yapısının en az 521 milyon yıl önce ortaya çıktığını ve olağanüstü ortamlarda fosil beyin dokusunun korunabildiğini söylemişlerdir.

Beyin evrimini anlamak için başka bir yaklaşım, karmaşık sinir sistemlerine sahip olmayan mevcut organizmalara bakmak, kimyasal veya elektriksel mesajlaşmaya izin veren anatomik özellikleri karşılaştırmaktır. Örneğin, koanoflagellatlar, elektrik sinyalizasyonu için çok önemli olan çeşitli membran kanallarına sahip organizmalardır. Koanoflagellatların zar kanalları, hayvan hücrelerinde bulunanlarla homologdur ve bu, erken koanoflagellatlar ile hayvanların ataları arasındaki evrimsel bağlantı ile desteklenir. Elektrik sinyallerini iletme kapasitesine sahip mevcut organizmaların bir başka örneği, bir sinir sistemi olmaksızın elektriksel uyarıları yayabilen çok hücreli bir organizma olan cam süngerlerdir.

Beynin evrimsel gelişiminden önce bir sinir sisteminin en basit şekli olan sinir ağları gelişmiştir. Bu sinir ağları, evrimsel olarak daha gelişmiş beyinler için bir tür öncüydü. İlk olarak Knidliler'de gözlemlendiler ve organizmanın fiziksel temasa tepki vermesine izin veren birbirinden ayrılmış birkaç nörondan oluşuyorlardı. Yiyecekleri ve diğer kimyasalları temel olarak tespit edebilirler, ancak bu sinir ağları, uyaranın kaynağını tespit etmelerine izin vermez. Ayrıca Taraklılar bir beyin veya merkezi sinir sistemi için bu öncü türlere bir örnektir, ancak filogenetik olarak Süngerler ve Knidliler'den önce ayrılmışlardır. Sinir ağlarının ortaya çıkışına ilişkin iki güncel teori bulunmaktadır. Bir teori, sinir ağlarının Taraklılar ve Knidliler'de bağımsız olarak gelişmiş olabileceğidir. Diğer teori ise, ortak bir atadan sinir ağları gelişmiş olabileceğini, ancak bunların Süngerler'de kaybolduğunu belirtir.

Soldan sağa, İnsan, Gergedan ve Yunus beyinleri.

Fareler, tavuklar ve primatlar ile yapılan bir araştırmaya göre beyin evrimindeki bir eğilim, daha gelişmiş türlerin temel davranışlardan sorumlu yapıları koruma eğiliminde olduğu sonucuna varmıştır. İnsan beynini ilkel beyinle karşılaştıran uzun vadeli bir çalışma, modern insan beyninin ilkel arka beyin bölgesini içerdiğini buldu. Çoğu sinirbilimci bunu protoreptilian beyin olarak adlandırmaktadır. Beynin bu bölümünün amacı, temel homeostatik işlevleri sürdürmektir. Pons ve medulla bu bölgede bulunan başlıca yapılardır. Arka beynin ortaya çıkmasından yaklaşık 250 milyon yıl sonra memelilerde beynin yeni bir bölgesi gelişti. Bu bölgenin başlıca parçaları hipokampus ve amigdaladır ve genellikle limbik sistem olarak bilinir. Limbik sistem, duygusal, cinsel ve savaş ya da kaç gibi davranışlar dahil olmak üzere daha karmaşık işlevlerle ilgilenir. Elbette omurgalı olmayan hayvanların da beyni vardır ve beyinleri ayrı evrimsel tarihlerden geçmiştir.

Beyin sapı ve limbik sistemin kökeni, sıkıca paketlenmiş nöronların toplanmış kümeleri olan çekirdeklere ve onları birbirine ve diğer konumlardaki nöronlara bağlayan akson liflerine dayanır. Diğer iki ana beyin bölgesi (Serebrum ve Beyincik) kortikal temele dayanır. Korteksin dış çevresinde, nöronlar birkaç milimetre kalınlığında (tür ve işleve göre sayıları değişen) katmanlar halinde düzenlenir. Katmanlar arasında hareket eden aksonlar vardır, ancak akson kütlesinin çoğu nöronların altında bulunur. Korteksin önemli bir özelliği, yüzey alanı ile ölçeklendiğinden, kıvrımlar oluşturarak kafatasının içine daha fazlasının sığabilmesidir. Artan yüzey alanından yararlanan daha karmaşık davranışa sahip türlerde gelişmişlik derecesi genellikle daha yüksektir.

Beyincik, beyin sapının arkasında ve insanlarda serebrumun oksipital lobunun altındadır. Amacı, ince duyusal-motor görevlerin koordinasyonunu içerir ve dil gibi bazı bilişsel işlevlerde yer alabilir.

Beyinde son zamanlarda en fazla evrimsel değişikliğin olduğu alan neokorteksdir. Sürüngenlerde ve balıklarda bu alana palyum denir ve vücut kütlesine göre memelilerde bulunandan daha küçük ve basittir. Araştırmalara göre, beyin ilk olarak yaklaşık 200 milyon yıl önce gelişmiştir ve daha yüksek bilişsel işlevlerden sorumludur. Örneğin, dil, düşünme ve ilgili bilgi işleme biçimleri. Aynı zamanda duyusal girdiyi işlemekten de sorumludur. İşlevinin çoğu bilinçaltındadır, yani bilinçli zihnin incelemesi veya müdahalesine açık değildir.