«Мы можем думать о тоннах преимуществ для большего мозга, но другая сторона этого – мозговая ткань, невероятно ‘дорогой’ и увеличивающийся мозговой размер, прибывает в большую стоимость», заявил Кимберли В. Сахум, аспирант в биологии в Искусствах & Науках в Университете Вашингтона в Сент-Луисе.Так развитие большого мозга требует или уменьшения в других требованиях энергии или увеличения полного потребления энергии, сказал Брюс Карлсон, советник Сахума и преподаватель биологии в Искусствах & Наук.
Предыдущие исследования у приматов, лягушек и жаб, птиц и рыбы нашли поддержку обеих гипотез, оставив эволюционный путь к большему мозгу неясным.Лаборатория Карлсона изучает mormyrid электрических рыб из Африки, которые используют слабые электрические разряды, чтобы определить местонахождение добычи и общаться друг с другом.У mormyrids есть репутация рыбы с большими мозгами, и действительно у одной разновидности (рыба на главной фотографии) есть мозг, который составляет 3 процента его размера тела, сопоставимого с человеческими мозгами, которые колеблются от 2 до 2,5 процентов. Но было неясно, были ли другие mormyrids одинаково мозговитыми.
Исследуя 30 больше чем из 200 разновидностей в mormyrid семье, ученые обнаружили, что у них есть большое разнообразие мозговых размеров.«Мы поняли, что это означало, что рыба представила прекрасную возможность изучить метаболические затраты на мозговитость», сказал Сахум.Используя потребление кислорода и способность терпеть гипоксию как полномочия для использования энергии и энергопотребления, ученые проверяют рыбу. Конечно же, они нашли, что у самых больших мозгов разновидностей были самый высокий спрос на кислород и самые маленькие мозги разновидности самое низкое.
Результаты, изданные в выпуске 21 декабря Слушаний Королевского общества B, делают провокационное соединение со статьей изданным в выпуске 19 мая 2016 Природы, находящей, что у людей с большими мозгами есть намного более высокая скорость метаболизма, чем человекообразные обезьяны.Какова альтернатива?Приезжая в эту проблему впервые, Вы могли бы быть извинены за размышление, что, конечно, необходимо поесть больше, чтобы накормить большой мозг.Много исследований, однако, показали, что большие мозги могут быть приспособлены, экономя на других энергично дорогих органах или процессах.
Например, исследование 30 видов лягушек и жаб, изданных в этом сентябре в американском Натуралисте, сочло это у этих животных, чем больше мозг, тем меньший пищеварительный тракт – другой дорогой орган.Ранние исследования людей также предложили – частично, потому что человеческая интенсивность метаболизма широко подобна тому из других приматов – что меньший человеческий пищеварительный тракт так же приспособил большой человеческий мозг.(Как меньшее могло разрушить, в то время как это могло бы использовать меньше энергии, также поставлять больше энергии? Аргумент был то, что сжатие пищеварительного тракта, должно быть, совпало с выключателем к более питательной диете включая мясо и клубни, и приготовило еду.)
В любом случае более свежие исследования, которые посмотрели не только на приматов, а скорее в человекообразных обезьянах, наших самых близких эволюционных родственниках, нашли вместо этого, что интенсивность метаболизма и расходы полной энергии измеряют с мозговым размером.Карлсон предполагает, что беспорядок возник в более ранних исследованиях мозгового размера, потому что большие мозги влекут за собой различные затраты и возникают через различные механизмы, чем мозги среднего размера. Могло бы быть возможно приспособить умеренные увеличения мозгового размера, он сказал, экономя на другом органе или изменяя поведение. Но действительно большие мозги требуют увеличений полного потребления калорий.
Это не весь позитивный аспектНаличие тела, которое должно питаться более справедливым, чтобы существовать, является опасной стратегией и для mormyrids и для людей.Карлсон и Сахум указывают, что способность mormyrid ощутить их среду «электролокацией» помогает им фураж более эффективно.
У некоторых mormyrids с самыми большими мозгами также есть полезные придатки, такие как Schnauzenorgan или морда трубы, которая помогает рыбе извлечь беспозвоночных из щелей.Несмотря на эту адаптацию, экстравагантные энергетические потребности рыбы с большими мозгами могут ограничить их окружающей средой, где концентрации кислорода последовательно высоки, таковы как большие стремительные реки. Между тем их кузены с меньшими мозгами могут быть универсалами, которые в состоянии выжить еще в многих областях, включая болота низкого кислорода, а также стремительные реки.
Люди, также, удивительно уязвимы для любого прерывания в поставке продовольствия из-за их большого мозгового энергетического баланса. Мы могли бы снизить этот риск эффективной двуногой ходьбой или приготовлением и разделением еды – но мы также делаем это, храня жир.
Жировая прослойка, авторы Природы указывают, обеспечивает важный буфер против продовольственных нехваток.