Большой мозг может помочь животному быстро и гибко реагировать на частые или неожиданные изменения окружающей среды. Но некоторым птицам они просто не нужны.
Глобальное исследование, в котором сравнивались 2 062 птицы, показало, что в очень изменчивой среде птицы, как правило, имеют либо больший, либо меньший мозг по сравнению с размером их тела. Птицы с меньшим мозгом склонны использовать экологические стратегии, недоступные собратьям 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 из Вашингтонского университета в Сент-Луисе опубликовано 23 августа в журнале Nature Communications.
«Дело в том, что существует очень много видов, которые неплохо справляются с маленьким мозгом», - сказал Тревор Фристоу, бывший научный сотрудник Вашингтонского университета, а ныне работающий в Констанцском университете в Германии.
"Что действительно интересно, так это то, что мы не видим здесь никакой золотой середины", - сказал Фристоу. «Постоянные виды со средним размером мозга почти полностью отсутствуют в высоких широтах (более холодных и более изменчивых в климатическом отношении).."
«Наличие большого мозга обычно связано с большими энергетическими потребностями и более медленной жизненной историей», - сказал Карлос Ботеро, доцент кафедры биологии в области искусств и наук и соавтор статьи.«Свободные от этих ограничений виды с маленьким мозгом могут демонстрировать черты и образ жизни, которые никогда не наблюдаются у представителей с большим мозгом.
«Мы обнаружили, что альтернативные экологические стратегии, которые либо увеличивают, либо уменьшают инвестиции в ткань мозга, в равной степени способны справляться с проблемами жизни в условиях высоких широт», - сказал он..
Поскольку мозг является таким дорогостоящим органом для развития и поддержания, биологи уже давно заинтересованы в том, чтобы понять, как большой размер мозга - у всех видов - мог эволюционировать.
Одна гипотеза основана на идее о том, что одним из основных преимуществ обладания большим мозгом является то, что он обеспечивает высокую степень поведенческой гибкости. С гибкостью приходит способность реагировать на различные условия, такие как резкие перепады температуры или изменение доступности продуктов питания.
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. Подумайте: мозг страуса может быть намного больше, чем мозг синицы, но тело страуса тоже. Как и ожидалось, глобальное распределение относительного размера мозга птиц следует колоколообразной кривой, при этом большинство видов приземляются точно посередине, и лишь горстка выпадающих с относительно большим или относительно маленьким мозгом.
Предыдущие исследования выявили общие тенденции к увеличению относительного размера мозга в более высоких широтах, где условия более изменчивы, что согласуется с гипотезой когнитивного буфера. Новое исследование Фристоу и Ботеро отличается тем, что в нем рассматривается полное распределение размеров мозга в разных средах, что позволяет им проверить, представлены ли разные размеры в чрезмерной или недостаточной степени.
Исключая вклад мигрантов - птиц, которые живут в полярных или умеренных условиях только в более благоприятные времена года - исследователи обнаружили, что в высоких широтах размер мозга птиц, по-видимому, бимодальный. Этот морфологический паттерн означает, что мозг птиц со значительно большей вероятностью будет относительно большим или относительно маленьким по сравнению с размером тела.
Что здесь происходит? У Фристоу, родившегося на Аляске, было несколько идей.
На самом деле, Фристо предполагает, что птица штата Аляска, куропатка, может быть хорошим образцом для представителей вида с маленьким мозгом. Хотя она милая - с ее плюшевой грудью, пернатыми ногами и необычным хихикающим криком - она не совсем известна своим умом. Однако куропатка может поедать веточки и листья ивы лучшими из них.
«В нашей статье мы обнаружили, что виды с маленьким мозгом в этих условиях используют стратегии, недостижимые с большим мозгом», - сказал Фристоу. «Во-первых, эти виды способны выживать, питаясь легкодоступными, но трудно перевариваемыми ресурсами, такими как спящие почки растений, иголки 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.«Кишечная ткань, как и ткань мозга, требует больших энергетических затрат, а ограниченный бюджет означает, что сложно поддерживать и то, и другое.
«Мы также обнаружили, что у этих видов высокая репродуктивная способность, ежегодно производящая много потомства», - сказал Фристоу. «Это позволит их популяциям оправиться от высокой смертности в особенно сложных условиях. Поскольку виды с большим мозгом, как правило, тратят больше времени на выращивание меньшего количества потомства, эта стратегия им 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 жизни», - сказал Ботеро. «Из-за компромиссов между различными аспектами этого общего фенотипа мы обнаруживаем, что две разные линии могут реагировать на отбор из колебаний окружающей среды совершенно по-разному..
Учитывая, что наш собственный вид использует свой мозг, чтобы справиться с этими изменениями, неудивительно, что биологи, включая нас самих, исторически проявляли склонность думать об изменчивости окружающей среды как о силе, которая стимулирует расширение мозга. размера, - сказал Ботеро. «Но интересная вещь, которую мы здесь обнаруживаем, заключается в том, что когда мы смотрим шире, мы понимаем, что другие стратегии также работают - и, что примечательно, альтернатива здесь включает в себя уменьшение размера мозга!»