Большой мозг или большой кишечник: выбирай один

Большой мозг помогает животному быстро и гибко реагировать на частые или неожиданные изменения среды. Но некоторым птицам он просто не нужен.

Глобальное исследование 2062 видов птиц показало, что в сильно изменчивых условиях у птиц, как правило, либо относительно большие, либо относительно маленькие мозги по сравнению с размером тела. Птицы с маленьким мозгом используют экологические стратегии, недоступные их собратьям с большим мозгом. Вместо того чтобы полагаться на серое вещество, эти птицы имеют крупные тела, питаются легкодоступной пищей и производят много потомства.

Новое исследование биологов из Вашингтонского университета в Сент-Луисе опубликовано 23 августа в журнале Nature Communications.

"Факт в том, что существует множество видов, которые прекрасно обходятся маленьким мозгом", — сказал Тревор Фристоу, бывший постдок в Вашингтонском университете, ныне работающий в Университете Констанца (Германия).

"Что действительно интересно, так это то, что мы не видим здесь никакой середины", — сказал Фристоу. "Оседлые виды со средним размером мозга почти полностью отсутствуют в высокоширотных (более холодных и климатически изменчивых) условиях. Виды, которые не делают ставку на одну из крайних стратегий, вынуждены мигрировать в более мягкий климат на зиму".

"Наличие большого мозга обычно связано с высокими энергетическими затратами и медленной историей жизни", — сказал Карлос Ботеро, доцент биологии и соавтор статьи. "Свободные от этих ограничений, виды с маленьким мозгом могут демонстрировать черты и образ жизни, которые никогда не встречаются у более мозговитых.

"Мы обнаружили, что альтернативные экологические стратегии, которые либо увеличивают, либо уменьшают инвестиции в мозговую ткань, в равной степени способны справляться с вызовами жизни в высокоширотных условиях", — сказал он.

Поскольку мозг — очень затратный орган для развития и поддержания, биологи давно интересуются, как мог развиться большой мозг у всех видов.

Одна из гипотез основана на идее, что главное преимущество большого мозга — это высокая степень поведенческой гибкости. Гибкость позволяет реагировать на разные условия, например, на сильные перепады температуры или изменения в доступности пищи.

Так называемая гипотеза когнитивного буфера — не единственное возможное объяснение эволюции размера мозга, но важное и влиятельное.

Относительный размер мозга — это мера размера мозга по сравнению с телом. Глобальное распределение относительного размера мозга у птиц следует кривой нормального распределения, причем большинство видов находится посередине, и лишь немногие являются выбросами с относительно большим или маленьким мозгом.

Предыдущие исследования обнаружили общую тенденцию к увеличению относительного размера мозга на высоких широтах, где условия более изменчивы, — что согласуется с гипотезой когнитивного буфера. Новое исследование Фристоу и Ботеро отличается тем, что рассматривает полное распределение размеров мозга в разных условиях, что позволило проверить, какие размеры представлены больше или меньше нормы.

Исключив мигрирующих птиц, исследователи обнаружили, что на высоких широтах размер мозга птиц имеет бимодальное распределение. Это означает, что мозг птиц с гораздо большей вероятностью будет либо относительно большим, либо относительно маленьким по сравнению с размером тела.

Фристоу, родившийся на Аляске, предложил объяснение. Например, белая куропатка, птица-символ Аляски, может быть хорошим примером вида с маленьким мозгом. Она может питаться почками, хвоей или даже веточками.

"В нашей работе мы обнаружили, что виды с маленьким мозгом в этих условиях используют стратегии, недостижимые при большом мозге", — сказал Фристоу. "Во-первых, эти виды могут выживать, питаясь легкодоступными, но трудно перевариваемыми ресурсами... Эти продукты можно найти даже в суровых зимних условиях, но они волокнистые и требуют большого кишечника для переваривания. Ткани кишечника, как и ткани мозга, энергозатратны, а ограниченный бюджет означает, что сложно поддерживать много и того, и другого.

"Мы также обнаружили, что у этих видов высокая репродуктивная способность — они производят много потомства каждый год", — сказал Фристоу. "Это позволяет их популяциям восстанавливаться после высокой смертности в особенно сложных условиях. Поскольку виды с большим мозгом, как правило, вкладывают больше времени в воспитание меньшего количества потомства, эта стратегия для них недоступна".

"Мозги эволюционируют не изолированно — они являются частью более широкого набора адаптаций, которые помогают организмам быть успешными в своей жизни", — сказал Ботеро. "Из-за компромиссов между различными аспектами этого общего фенотипа мы обнаруживаем, что две разные линии могут реагировать на давление отбора со стороны колебаний окружающей среды совершенно разными способами.

"Учитывая, что наш собственный вид использует мозг, чтобы справляться с этими изменениями, неудивительно, что биологи, включая нас самих, исторически проявляли предвзятость, рассматривая изменчивость среды как силу, стимулирующую увеличение размера мозга", — сказал Ботеро. "Но интересно то, что, взглянув шире, мы понимаем, что другие стратегии тоже работают — и что удивительно, альтернатива здесь предполагает сделать мозг на самом деле меньше!"