Эволюция сложности мозга у наземных позвоночных: ключ — в количестве нейронов
Исследователи из Карлова университета в Праге реконструировали эволюцию количества нейронов в мозге амниот. Они выяснили, что у млекопитающих и птиц число нейронов в отделах мозга, связанных с высшим познанием, резко возросло. Результаты показывают, что всего четыре основных изменения в масштабировании «нейроны–мозг» за более чем 300 миллионов лет эволюции проложили путь к интеллекту птиц и млекопитающих.
Почему размер — не главное
Традиционно эволюционную ёмкость мозга оценивали по его размеру. Однако у неродственных видов с мозгом схожего размера могут кардинально различаться количество и распределение нейронов — базовых вычислительных единиц. Поэтому для понимания путей к повышению когнитивных способностей нужно сравнивать мозги именно по числу нейронов.
Ключевые выводы исследования
- Используя новый обширный набор данных, учёные проанализировали клеточный состав мозга амниот.
- По сравнению с рептилиями, у млекопитающих и птиц резко увеличено количество нейронов в телэнцефалоне и мозжечке — отделах, связанных с высшим познанием.
- Филогенетический анализ показал, что всего четыре крупных сдвига в масштабировании «нейроны–мозг» за более чем 300 млн лет эволюции привели к интеллекту у теплокровных наземных позвоночных.
Четыре эволюционных скачка
- Рептилии имеют не только маленький мозг относительно тела, но и низкую плотность нейронов. В результате у них в среднем в 20+ раз меньше нейронов, чем у птиц и млекопитающих схожего размера.
- Самые резкие увеличения числа нейронов произошли независимо с появлением птиц и млекопитающих. Это привело к конвергентному масштабированию нейронов у двух линий теплокровных.
- Эндотермия (теплокровность), энергетически затратный образ жизни, по-видимому, позволила получить это значительное количество метаболически «дорогих» нейронов. Это подчёркивает энергетические ограничения как ключевой фактор эволюции мозга.
- Два других крупных увеличения числа нейронов произошли у высших птиц и антропоидных приматов — групп, известных своими когнитивными способностями.
Важное замечание для исследований
«Относительный размер мозга связан с относительной плотностью нейронов у рептилий, птиц и приматов, но не у других млекопитающих. Это имеет важные последствия для исследований, использующих относительный размер мозга как прокси при поиске эволюционных драйверов познания у животных», — отмечает Кристина Кверкова, соавтор исследования.