Учитывая, как мы гордимся своими большими мозгами, иронично, что мы до сих пор не поняли, почему они у нас есть. Одна идея, называемая гипотезой когнитивного буфера, состоит в том, что эволюция большого мозга обусловлена адаптивными преимуществами способности быстро и гибко реагировать на частые или неожиданные изменения окружающей среды.
Трудно проверить эту идею на людях, потому что в роду Homo существует только один живой вид. Другое дело - птицы, по словам Карлоса Ботеро, доцента кафедры биологии факультета искусств и наук Вашингтонского университета в Сент-Луисе. Есть много видов, у них разный размер мозга, и они живут повсюду. Во многих отношениях они являются идеальной группой для проверки этой гипотезы.
Будучи молодым ученым, Ботеро смог показать, что у пересмешников, живущих в различных средах обитания, более сложные песни. Поскольку сложность песни является косвенным показателем способности к обучению, этот вывод, по-видимому, подтверждает гипотезу о когнитивном буфере.
Но через некоторое время он начал думать об альтернативных объяснениях своих результатов. Гипотеза требует, чтобы большой мозг улучшал выживаемость, но исследование Ботеро этого не показало. И это не решило ключевой вопрос времени: эволюционировал ли большой мозг в различных средах обитания или же он эволюционировал где-то еще, а затем облегчил колонизацию суровых условий? Однако исследование пересмешника не оглядывалось назад во времени.
Итак, вместе с Тревором Фристоу, научным сотрудником по биологии в Вашингтонском университете, и канадским биологом Эндрю Иванюком из Университета Летбриджа, Ботеро решил выявить предположения, лежащие в основе гипотезы когнитивного буфера, и проверить каждое из них по отдельности.
Их исследование, опубликованное 25 сентября в журнале Nature Ecology and Evolution, показало, что большой мозг с меньшей вероятностью эволюционирует в изменчивой среде обитания по сравнению со стабильной средой обитания, так что часть гипотезы не подтвердилась. Но это также показало, что более умные птицы лучше приспособлены к колонизации сезонных, непредсказуемых мест. Таким образом, птицы с большим мозгом могли перемещаться в более широком диапазоне окружающей среды.
«Результаты были довольно неожиданными», - сказал Фристоу. «В первой части исследования мы показали, что большой мозг действительно дает птицам преимущество в выживании в изменчивых условиях. Таким образом, механизм работает. часто эволюционировали в стабильных, а не в изменчивых средах обитания».
Ботеро первым признал, что размер мозга является несовершенной мерой познания, термин, который сам по себе имеет множество определений.
Ученые смотрели не на абсолютный размер мозга, а на разницу между размером мозга и статистически предсказанным размером мозга для размера тела птицы.«Кажется, что у страуса огромный мозг, но по сравнению с размером его тела он не так уж впечатляет», - сказал Ботеро. «Ворон ненамного крупнее курицы, но его мозг пропорционально намного массивнее.
«Корреляция между относительным размером мозга и когнитивными способностями лучше у птиц, чем у млекопитающих», - сказал Ботеро. «Хотя относительный размер мозга - шумная метрика, это все же один из лучших способов измерения связанных с мозгом различий между видами в больших таксономических масштабах.
"Вся эта область полна предостережений."
Ботеро и Фристо впервые проверили предположение о том, что больший мозг дает птицам преимущество в выживании, проанализировав данные, собранные в рамках исследования гнездящихся птиц, огромной базы данных наблюдений за птицами, которая используется для мониторинга популяций североамериканских птиц. Каждый год, начиная с 1966 года, орнитологи-добровольцы следовали заранее установленным маршрутам в пик сезона размножения, останавливаясь на три минуты в специально отведенных местах, чтобы подсчитать всех птиц, которых они могут услышать или увидеть.
Мы просмотрели все данные по Северной Америке, все виды, для которых мы знали размер мозга, и придумали показатель стабильности популяции с поправкой на другие факторы, которые могут повлиять на стабильность, такие как размер кладки и перелетная птица или нет», - сказал Ботеро.
Они охарактеризовали условия окружающей среды за тот же период с помощью данных ecoClimate, открытой базы данных моделирования климата, и данных NASA Earth Observations.
«Мы показали, что виды с большим мозгом сохраняют стабильную популяцию в среде, где температура, осадки или продуктивность сильно меняются, а виды с меньшим мозгом справляются хуже», - сказал Ботеро.
«Таким образом, механизм, который люди предлагали, действительно работает», - сказал он. «Большой мозг действительно улучшает выживаемость, когда условия окружающей среды меняются часто и неожиданно».
Теперь ученые были готовы заняться основной проблемой. «Гипотеза когнитивного буфера утверждает, что мозг стал больше, потому что виды подвергались воздействию более изменчивой среды», - сказал Ботеро. «В этом есть смысл, но правда ли это?»
Чтобы гипотеза была верной, сначала должны были произойти переменные условия, а это означало, что ученые должны были придумать какой-то способ восстановить характеристики птиц и окружающей среды, которые давно исчезли.
Для этого они искали эволюционные корреляции между переходами в размере мозга и изменчивостью температуры и осадков в видоспецифичных средах обитания в глобальной филогении птиц (диаграмма, которая представляет порядок, в котором виды, как считается, произошел от общего предка).
«Мы обнаружили, что большой мозг с одинаковой вероятностью может развиваться как в местах с переменными условиями, так и в местах со стабильными условиями. Мы не видим никакой разницы между ними», - сказал Ботеро.
«Но мы обнаружили, что различные среды с большей вероятностью будут колонизированы видами, у которых уже есть большой мозг», - сказал он. «Это объясняет, почему сегодня, когда мы выходим на улицу, мы находим связь между большим мозгом и изменчивой окружающей средой. И, вероятно, поэтому его более раннее исследование показало, что лучшие певцы среди пересмешников жили в разных средах обитания.
Итак, теперь мы знаем, что большой мозг помог таким видам, как обыкновенный ворон, расселиться в разнообразных средах обитания, где они живут сегодня, но мы до сих пор не знаем, почему вороны и даже люди развили большой мозг в первую очередь. Ботеро и Фристо думают об этом.