# A két lábra állás meséje: az energiazabáló agy.

A sok kemény tény után lazítunk egyet, egy mesélősebb résszel.
Agyunk a testméretünkhöz képest a többi élőlényhez viszonyítva hatalmas (bár a Neandervölgyi embernek térfogatra nagyobb volt). Ráadásul nem csak hatalmas, hanem energiazabáló is. Egy ember nyugalomban 100W energiát használ, kb. mint egy erős régimódi villanykörte, vagy mondjuk egy lakás teljes LEDes kivilágítása. Ezt hő formájában adjuk le a környezetünknek, ugyanúgy, mint laptopunk. Ezért van az, hogy egy nagy előadótermet, amiben sok ember van, nem fűteni, hanem hűteni kell. 10 ember 1kW, 100 ember 10kW (mint 3 keményen dolgozó villanyradiátor). Ha nekiállunk sportolni hőleadásunk felmehet 3-400W-ra is.

Agyunk nyugalmi energiafelhasználásunk jelentős részét, 20%-át éli fel, egyötödét. Függetlenül attól, hogy alszunk, keményen gondolkodunk, meditálunk, lazítunk, mindig nagyjából ugyanannyi energiát használ fel. De miért kell neki ilyen sok energia és miért kb. mindig ugyanannyi? Az idegsejtek működésének alapvonása, hogy elektromos feszültség alakul ki sejthártyájuk belső és külső felszíne között. Mint a membránpotenciál kialakulásánál írtuk, ez annak következménye, hogy a sejten belül és kívül jelentősen eltér az egyes ionok mennyisége (koncentrációja). Ezt a sejtek úgy érik el, hogy a sejt belsejéből kipumpálják a Na+ ionokat és bepumpálják a K+ ionokat (a két meghatározó ionfajtát). A pumpák működtetéséhez nagyon sok ATP-t, a sejt energiavalutáját kell elhasználni. Egy ATP molekula elhasználásával 3 Na+ és 2 K+ iont mozgat a sejt. De honnan jön az ATP? Az idegsejtekben cukor égetésből keletkezik. Egy glukóz molekula elégetésekor 36-38 ATP molekula keletkezik. Azt most ki nem számolom, hogy egy idegsejtnek mennyi K+ és Na+ iont kell mozgatnia, de sokat, szóval sok cukorra van szüksége és ezért sok energiát szabadít fel hő formájában.

De miért igényel annyi energiát függetlenül attól, hogy lemegyünk alfába vagy matek érettségit írunk? Azért, mert a sejtek dendritjein és sejttestének felszíne jelentősen nagyobb, mint az axonok felszíne. Azaz, a sejt felszínén fenntartani a membránpotenciált jelentősen több ionpumpálást igényel, mint a sejtek aktiválódását jelentő, axonokon futó akciós potenciálok után visszaállítani az ionokat. Tehát, egy sejt a jelösszegzésre kb. ugyanolyan sok energiát használ el, függetlenül attól, hogy aktiválódik-e vagy nem. Az idegsejteknek a membránpotenciált mindig fenn kell tartaniuk, ha alszunk is. Ha egy idegsejt nem tudja fenntartani a membránpotenciálját, akkor működése komoly károsodásokat szenvedhet.

Amikor baleset vagy betegség következtében (szívleállás, fulladás, ütés a fejre, agyvérzés, agyérgörcs), időlegesen megáll a véráramlás és ezzel az agy oxigénellátása, a sejtekből pillanatok alatt elfogy az ATP, lekapcsolnak az ionpumpák, összeomlik a membránpotenciál és megáll a sejtek, az agy működése. Még ha időben újra is indul az oxigénellátás, a sejtekben olyan folyamatok indulnak be, amelyektől idővel epilepszia alakulhat ki az agyban, mely további sejtkárosodást és pusztulást okoz. Nagyon fontos tehát az agy állandó vérellátása. Ezért kell az ájult vagy ájulás közeli embert (ha fehérájulásról, elsápadásról van szó) lefektetni és lábát feltámasztani, hogy a vér inkább az agyába áramoljon.

Szó mi szó az agynak rengeteg energia kell és ezért rengeteg hőt is szabadít fel. Erről szól mesém második része.

Őseink amikor Afrikában 3-4 millió éve lemásztak a fáról - ugyanis elfogytak alóluk a fák, mert az esőerdők a felmelegedés miatt szavannákká (gyéren fás, füves pusztákká) alakultak – egy hihetetlenül forró, száraz élőhelyen találták magukat. Ez számos kihívás elé állította őket. A bőséges, energiát szolgáltató gyümölcstermő fák eltűntek. Árnyékukkal együtt…. Őseinknek meg kellett tanulniuk új táplálék után nézniük és túlélni a tűző napon. Van egy mondás: „Ami nem öl meg az erősebbé tesz!”. Nos őseink közül nagyon sokat megölt az evolúciós szelekció, mire alkalmazkodtak a szavannai életmódhoz, de sokkal erősebbek lettek a végére. Nemigen van még egy olyan faj, amelyik ekkora átalakuláson ment keresztül ilyen rövid idő alatt.

Szervezetünkben rengeteg átalakulás történt: két lábra álltunk, elvesztettük szőrzetünket, jelentősen megnőtt agyunk térfogata. Ez a három dolog rengeteg szálon függ össze egymással, de az agytérfogat növekedéséhez elengedhetetlen volt a két lábra állás és a megcsupaszodás. De miért is? Járjuk körbe a kölcsönhatásokat.

A biológiában van egy megfigyelés. A táplálékspecialisták (leggyakrabban növényevők, azok közül is, akik egyféle táplálékot fogyasztanak) buták. Kicsi az agyuk, a ragadozók mérsékelten okosak, a mindenevők pedig a legokosabbak. Ha egy állat bonyolult közösségekben él még okosabb. Melyik az okosabb? A koala vagy farkas? A birka vagy a disznó? A tengerimalac vagy a makákó? A tyúk vagy a varjú? A galamb vagy a papagáj? A panda vagy a barnamedve? Ha bent ülsz egy bambuszerdő közepén vagy egy eukaliptusz ligetben akkor csak ki kell nyújtsd a karodat és ott a táplálék. Nem csoda, hogy a koala agya hihetetlen mértékben összezsugorodott. Ha vadásznod kell, főként ha csapatban, szükséged van az agyadra. De a legnagyobb szükséged akkor van az agyadra, amikor nehéz körülmények között, abból kell megélned, amit találsz és elkapsz! No ezek a mindenevők, akik mindenhova benéznek, emlékeznek rá hol volt a múltkor a fincsi hernyó, feltúrják amit kell. Ehhez nagy agy kell (és ügyes mancs vagy csőr)! A társas kapcsolatokhoz, márpedig őseink abban éltek, még nagyobb.

Mellékszál, de a fenti viselkedés-agyméret összefüggés nagyon jól látszik a kései ember evolúció során is (lásd Jarred Diamond könyveit). A 10-40ezer évvel előttünk élő vadászó-gyűjtögető őseink agya kicsivel nagyobb volt, mint a földművelés feltalálása óta élő földművelő őseinké. Hiszen kevesebb intelligenciát igényel búzát termeszteni, a földet túrni, mindig ugyanott, mint hatalmas területeket bejárni és ravasz módokon megkeresni mit is együnk ma? Arról nem is beszélve, hogy a halász-vadász csontvázleletek sokkal erősebbnek és egészségesebbnek bizonyultak, mint a későbbi földműves csontvázak. Sok ember élt egy csoportban, sok volt a betegség és a földtúrás megnyomorította őket.

Folyt köv…

Szerző: Gulyás Attila

Mesterséges idegsejtek: hogyan írják le a matematikusok az idegsejtek jelfeldolgozását? A két lábra állás meséje: mi kell egy nagy agyhoz?