Нове наукове дослідження про розміри мозку і тіла у тварин: складні взаємозв'язки та винятки

Довгий час у науковому співтоваристві існувало переконання, що розмір мозку тварини прямо пропорційний розміру її тіла. Однак недавнє дослідження поставило під сумнів цей лінійний підхід і відкрило нові перспективи в розумінні спільної еволюції розміру мозку та тіла.

Існує значне різноманіття в формі, розмірах та внутрішній структурі мозку у різних тварин. Хоча розмір мозку часто корелює з когнітивними здібностями, він тісно пов'язаний із розміром тіла тварини. При збільшенні розміру тіла мозок також збільшується, але не в прямій пропорції, що відомо як алометричне масштабування.

Розміри тіла ссавців варіюються від крихітних джмелеподібних кажанів вагою менше двох грамів до величезних синіх китів. Для розуміння еволюційних відмінностей у розмірах мозку важливо вивчити, як ці два параметри — розмір тіла і розмір мозку — розвивалися разом.

У останньому дослідженні, яке охоплювало понад 1500 видів ссавців, науковці використали потужні обчислювальні методи аналізу, щоб з'ясувати, як еволюціонував розмір мозку залежно від розміру тіла тварини. Результати показали, що зв'язок між цими двома параметрами є нелінійною, як вважалося раніше, а кривою. Після досягнення певного порогу розміру тіла ця залежність виходить на плато.

Раніше вчені стикалися з труднощами в поясненні значної варіативності співвідношення розміру мозку та тіла серед різних груп тварин. Наприклад, у деяких груп, таких як слони та їхні родичі, це співвідношення виявилося значно крутішим, ніж у інших, таких як примати.

Науковці повторно проаналізували дані, щоб з'ясувати, чому у деяких великих тварин розмір мозку відносно тіла зменшується. На наш подив, виявилося, що це не пов'язано з високими енергетичними витратами на підтримання великого мозку, який у людей споживає близько 20% від загального обсягу енергії. Крім того, це не пов'язано з щільністю нейронів, яка могла б збільшити обчислювальну потужність мозку без необхідності в його збільшенні.

Таким чином, механізми, які лежать в основі цього аспекту наших відкриттів, поки залишаються загадкою.

Однак дослідження дозволило виявити види ссавців, які є аномаліями щодо співвідношення розміру мозку та тіла. За допомогою аналізу виявили види та лінії, в яких спостерігалися швидкі зміни розмірів мозку. Зокрема, наш власний вид, Homo sapiens, показав еволюційну швидкість збільшення розміру мозку більш ніж у 20 разів вищу за середню швидкість усіх інших видів ссавців. Це пояснює унікально великий мозок людини, який характеризує наш вид сьогодні.

Той факт, що люди є аномалією в загальній моделі ссавців, підтверджує нашу здатність використовувати інструменти, будувати житла, створювати музику і жити в складних суспільствах. Однак люди — не єдині, хто відхиляється від загальної кривої. Ми виявили багато видів на древі ссавців, які також демонстрували швидке збільшення розміру мозку відносно тіла. До них належать щури, ведмеді, дельфіни та слони, а також менш очікувані види, такі як валлабі, бабаки та куниці.

З іншого боку, у кажанів, які еволюціонували 50 мільйонів років тому, спостерігалося значне зменшення розміру мозку. Протягом наступного часу їхньої еволюції розмір мозку залишався практично незмінним. Це може вказувати на існування обмежень, пов'язаних з польотом, які стримують подальше збільшення мозку у кажанів.

Науковці виявили швидкі зміни відносного розміру мозку у таких груп, як хижаки, гризуни та примати. У цих групах збільшення розміру мозку відбувалося майже завжди.

Цей принцип, відомий як правило Марша-Лартета, передбачає, що відносний розмір мозку має тенденцію до збільшення в процесі еволюції ссавців. Однак моделі показують, що це явище не є універсальним для всіх видів.

Групи ссавців, у яких спостерігається ця тенденція, демонструють значне різноманіття в поведінці та екології, навіть серед близьких видів (наприклад, панди та гризлі, дикобрази та морські свинки). Ці групи включають деяких з найбільш соціальних тварин, таких як люди, землекопи та сурикати.

У приматів збільшення розміру мозку спостерігається протягом всієї їхньої еволюції. На ранніх етапах еволюції мозок приматів становив близько 0,5% від маси їхнього тіла. Згодом це призвело до збільшення розміру мозку у людини до 2% від маси тіла.

Дані свідчать про те, що іноді прості пояснення можуть пролити світло на складні явища, що спостерігаються в природі. Тим не менш, природний добір залишається складним процесом. Як і будь-яке правило, крива взаємозв'язок між розміром мозку та тіла порушується у тих видів, які еволюціонували швидше за інших.