22.12.2016

Цена большого мозга

Homo Sapiens одарён довольно крупным и развитым мозгом. А потому мы не можем не задуматься время от времени: какие преимущества даёт большой мозг и чем животным приходится за него расплачиваться? Учёные из Университета Вашингтона в Сент-Луисе (Washington University in St. Louis) присмотрелись к экзотическим африканским рыбкам и обнаружили, что чем они башковитее, тем больше им нужно кислорода и тем сложнее найти подходящее место обитания. Результаты работы опубликованы в журнале Proceedings of the Royal Society B.

«Мы можем вспомнить кучу достоинств большого мозга, но, с другой стороны, ткани мозга очень «затратны», и увеличение размера дорого нам обходится», — говорит одна из членов научной группы Кимберли Сукам (Kimberley Sukhum). Поэтому рост головного мозга требует либо уменьшения остальных органов, либо общего повышения энергозатрат. В ходе предыдущих исследований учёные наблюдали у разных животных обе стратегии, но эти работы были посвящены только незначительному увеличению размера мозга.

Биологи из Университета Вашингтона изучали африканских слонорылов (мормиров) — пресноводных рыб, способных генерировать собственное электрическое поле. Мормиры считаются «башковитыми», и не зря: у одного из видов этих рыб — нильских слоников — масса мозга составляет около 3% массы тела (для сравнения, у людей — всего 2—2,5%). Однако было неизвестно, все ли слонорылы настолько щедро одарены мозгами.

Учёные проанализировали 30 из 200 видов семейства мормировых и обнаружили, что размер мозга у рыбок варьируется. «Мы поняли: это означает, что рыба предоставляет нам отличную возможность для изучения энергетических затрат на интеллект», — поясняет Сукам. Исследователи рассчитали «энергетическую стоимость» большого мозга на основе:

1) скорости метаболизма — её определяли, измеряя скорость расходования кислорода с помощью респирометрии;

2) метаболических потребностей — эту характеристику оценивали как чувствительность к недостатку O₂.

Чтобы проверить гипотезу о том, что увеличение размера мозга происходит за счёт уменьшения других органов, учёные провели вскрытие 132 особей. Выяснилось, что самые башковитые виды нуждались в кислороде больше остальных, при этом никакой зависимости между размерами мозга и остальных органов обнаружить не удалось.

Выводы исследования могут показаться очевидными. «Конечно, — скажет читатель, — чтобы отрастить большой мозг, надо много есть». Однако предыдущие исследования показали, что добиться его увеличения можно за счёт экономии на органах и процессах, которые требуют больших энергозатрат. Например, исследование 30 видов лягушек и жаб, опубликованное в журнале The American Naturalist, показало, что увеличение мозга у этих животных сопровождается уменьшением кишечника — другого «дорогостоящего» органа. Ранние исследования с участием людей продемонстрировали, что у нас дела обстоят так же. Как маленький кишечник умудрился вырабатывать достаточно энергии, чтобы «прокормить» крупную голову? Одна из теорий гласит, что снижение размера совпало с переходом на более питательную диету — в частности, с появлением в рационе мяса. Как бы то ни было, более поздние исследования, посвящённые человекообразным обезьянам — нашим ближайшим эволюционным родственникам, — показали, что при увеличении мозга органы не уменьшаются в размерах, зато растёт интенсивность основного обмена и расход энергии.

Иметь тело, которое нужно часто кормить, просто чтобы оно не умерло, рискованно как для слонорылов, так и для людей. Исследователи отмечают, что способность мормиров к электролокации помогает им добывать корм более эффективно. Некоторые особенно мозговитые виды слонорылов могут к тому же похвастаться придатками, которые помогают им доставать беспозвоночных из трещин. Но даже несмотря на адаптацию, потребность в энергии ограничивает рыб с большим мозгом и принуждает их выбирать места, где концентрации O₂ постоянно высоки — например, крупные быстрые реки. Рыбки с мозгом меньшего размера — универсалы, они могут выжить во многих местах — не только в реках, но и в бедных кислородом болотах. Из-за высоких энергозатрат на содержание мозга люди тоже очень уязвимы перед перебоями с поставками пищи. Мы можем снизить этот риск, готовя еду, делясь ею друг с другом или запасая жир. Авторы отмечают, что жировая ткань — важный буфер, который помогает пережить голодные времена.

Справка

Мормировые (слонорылы, или рыбы-слоники) (лат. Mormyridae) — семейство пресноводных лучепёрых рыб из отряда араванообразных. Распространены в водоёмах тропической Африки и реке Нил. Обычно достигают размеров 9—50 см, самые крупные виды — до 1,5 м. Питаются мелкими беспозвоночными, обитающими в иле. Для ориентирования в пространстве, поисков корма и обнаружения хищников используют собственное электрическое поле, которое генерируется мышцами. Имеют промысловое значение, некоторые виды содержатся и разводятся в аквариумах.

Юлия Коровски

Источники:

1. 22century.ru