Глобальное исследование, сравнивающее 2062 птицы, показало, что в очень изменчивой среде у птиц, как правило, мозг больше или меньше по сравнению с размером их тела. Птицы с меньшим мозгом, как правило, используют экологические стратегии, недоступные для их собратьев с большим мозгом. Вместо того, чтобы полагаться на серое вещество, чтобы выжить, эти птицы, как правило, имеют большие тела, едят легкодоступную пищу и рожают много детенышей.
Новое исследование биологов Вашингтонского университета в Санкт-Петербурге.
Луи появляется в августе. 23 в журнале Nature Communications.
«Дело в том, что существует очень много видов, которые неплохо справляются с маленьким мозгом», – сказал Тревор Фристоу, в прошлом научный сотрудник Вашингтонского университета, ныне работающий в Констанцском университете в Германии.
"Что действительно интересно, так это то, что мы не видим здесь золотой середины", – сказал Фристоу. "Постоянные виды со средним размером мозга почти полностью отсутствуют в высоких широтах (более холодные и более изменчивые в климатических условиях). Виды, не использующие ни одну из крайних стратегий, зимой вынуждены мигрировать в более мягкий климат."
«Большой мозг обычно связан с высокими энергетическими требованиями и более медленным жизненным циклом», – сказал Карлос Ботеро, доцент кафедры биологии в области искусств и наук и соавтор статьи. "Свободные от этих ограничений виды с маленьким мозгом могут проявлять черты и образ жизни, которые никогда не наблюдаются у людей с большим мозгом.
«Мы обнаружили, что альтернативные экологические стратегии, которые либо увеличивают, либо уменьшают инвестиции в ткани мозга, в равной степени способны справиться с проблемами жизни в условиях высоких широт», – сказал он.
Поскольку мозг – такой дорогостоящий орган в разработке и обслуживании, биологи давно интересовались пониманием того, насколько большой размер мозга – у всех видов – мог развиться.
Одна из гипотез основана на идее о том, что одним из основных преимуществ обладания большим мозгом является то, что он обеспечивает высокую степень поведенческой гибкости. Гибкость дает возможность реагировать на различные условия, такие как резкие колебания температуры или изменения в доступности продуктов питания.
Так называемая гипотеза когнитивного буфера – не единственное возможное объяснение эволюции размера мозга, но это важное и влиятельное.
Относительный размер мозга – это мера размера мозга по сравнению с телом – подумайте: мозг страуса может быть намного больше, чем мозг синицы, но и тело страуса – тоже. Как и следовало ожидать, глобальное распределение относительного размера мозга птиц следует колоколообразной кривой, при этом большинство видов попадают прямо в середину, и лишь небольшая часть выбросов с относительно большим или относительно маленьким мозгом.
Предыдущие исследования выявили общие тенденции к увеличению относительных размеров мозга в более высоких широтах, где условия более изменчивы, что согласуется с гипотезой когнитивного буфера. Новое исследование Фристо и Ботеро отличается тем, что оно рассматривает полное распределение размеров мозга в разных средах, что позволяет им проверить, представлены ли разные размеры в избыточном или недостаточном количестве.
Исключая вклад мигрантов – птиц, которые живут в полярных или умеренных климатических условиях только в более благоприятное время года – исследователи обнаружили, что в высоких широтах размер мозга птиц, по-видимому, двухрежимный.
Этот морфологический паттерн означает, что мозг птицы с большей вероятностью будет относительно большим или относительно маленьким по сравнению с размером тела.
Что здесь происходило? У Фристоу, родившегося на Аляске, было несколько идей.
Фактически, Фристоу предполагает, что птица штата Аляска, белая куропатка, могла бы быть хорошим примером для детей с маленьким мозгом. Несмотря на то, что она мила – с ее плюшевой грудью, пернатыми лапками и необычным хихикающим голосом – она не совсем известна своим умом.
Однако куропатка может поедать ветки и ивовые листья лучшими из них.
«В нашей статье мы обнаруживаем, что виды с маленьким мозгом в этой среде используют стратегии, которые недостижимы с большим мозгом», – сказал Фристоу. "Во-первых, эти виды могут выжить, питаясь легкодоступными, но трудно перевариваемыми ресурсами, такими как спящие почки растений, хвоя хвойных деревьев или даже ветки.
«Эти продукты можно найти даже в суровых зимних условиях, но они волокнистые и требуют большого кишечника для переваривания», – сказал он. "Ткань кишечника, как и ткань мозга, требовательна к энергии, а ограниченный бюджет означает, что сложно поддерживать и то, и другое.
«Мы также обнаружили, что эти виды имеют высокие темпы воспроизводства, производя много потомства каждый год», – сказал Фристоу. "Это позволит их населению оправиться от высокой смертности в особо сложных условиях. Поскольку виды с большим мозгом, как правило, тратят больше времени на выращивание меньшего количества потомства, эта стратегия для них недоступна."
Другими словами, может быть, большие мозги – это еще не все.
«Мозг не развивается изолированно – он является частью более широкого набора адаптаций, которые помогают организмам добиваться успеха в своей жизни», – сказал Ботеро. "Из-за компромиссов между различными аспектами этого общего фенотипа мы обнаружили, что две разные линии могут совершенно по-разному реагировать на отбор, исходящий от колебаний окружающей среды.
«Учитывая, что наш собственный вид использует свой мозг, чтобы справиться с этими изменениями, неудивительно, что биологи, в том числе и мы сами, исторически проявляли предвзятость в отношении изменчивости окружающей среды как силы, которая приводит к увеличению размера мозга», – сказал Ботеро. "Но что интересно, что мы здесь находим, это то, что, когда мы рассматриваем шире, мы понимаем, что другие стратегии также работают – и, что примечательно, альтернатива здесь заключается в том, чтобы сделать мозг на самом деле меньше!"