размер мозга синего кита
Продвинутый интеллект китов и дельфинов — эволюционная реакция на необходимость жить в обществе
Учёные давно заметили, что продвинутый интеллект и эволюционно развитый мозг присутствует у человека и прочих животных, зачастую демонстрирующих социальное поведение. Это сподвигло антрополога и специалиста по эволюционной психологии Робина Данбара выдвинуть гипотезу социального мозга. Согласно теории, человек развил у себя крупный мозг, чтобы иметь возможность жить большими социальными группами. Хотя в последние 20 000 лет из-за «одомашнивания» человека его мозг уменьшился в размерах, но перед этим эволюция должна была за относительно короткий срок быстро увеличить мозг гоминидов, чтобы люди смогли объединяться в большие племена.
В социальном общении очень важно распознавать так называемое «стороннее знание», то есть понимать иерархию, социальные взаимосвязи и отношения типа «она знает, что он знает» и тому подобные. Например, альфа-самец у шимпанзе выбирает себе любых самок, но при этом терпимо относится к попыткам спаривания с ними со стороны тех, кто помог ему воцариться на троне. Без достаточно продвинутого мозга такие тонкости социальной иерархии невозможно усвоить.
Сейчас группа учёных из США и Великобритании опубликовала новую научную работу «Социальные и культурные корни мозга китов и дельфинов», которая подтверждает гипотезу социального мозга.
У представителей отряда китообразных (дельфины и киты) самая продвинутая нервная система среди всех таксономических групп, и они высоко котируются по любой характеристике нейроанатомической сложности. При этом многие китообразные также организованы в иерархические социальные структуры и демонстрируют удивительную широту культурного и социального поведения, особенности которого — что редкость для животных — очень похожи на социальное поведение людей и приматов. Но до сих пор было собрано совсем мало свидетельств корреляции между крупным мозгом, социальными структурами и культурным поведением китоообразных.
У китов и дельфинов обнаружено огромное количество признаков сложнейшего социального поведения, в том числе:
Исследователи собрали большой массив данных по каждому виду китообразных: масса тела, размер мозга, степень проявления социального общения по указанным выше признакам — и вычислили корреляцию между этими показателями. На первой диаграмме внизу показаны родственные связи между видами и размер мозга (красный соответствует большему размеру, зелёный — меньшему). На второй диаграмме — показатели по социальному поведению (социальный репертуар). В конце концов, снизу приведён график взаимосвязи между этими двумя параметрами.
Учёные выяснили, что эволюционное развитие мозга связано с социальной структурой вида и с рамером группы. Причём связь с размером группы квадратичная, то есть наиболее развитый мозг и продвинутое социальное поведение демонстрируют группы среднего размера, а не малые или большие группы.
Авторы научной работы указывают на явные параллели между морскими млекопитающими и приматами/человеком. У дельфинов и китов тоже наблюдается сочетание одновременно большого мозга, гиперсоциального поведения и разнообразия поведенческих паттернов. Именно эти качества позволили человеку размножиться в неимоверном количестве и заселить всю Землю. Учёные полагают, что у дельфинов и человека интеллектуальные способны проявились в ходе эволюции как своеобразная эволюционная реакция на необходимость жить в обществе себе подобных.
Научная статья опубликована 16 октября 2017 года в журнале Nature Ecology & Evolution (doi:10.1038/s41559-017-0336-y, pdf).
masterok
masterokМастерок.жж.рф
Хочу все знать
Хотя и размер мозга не совсем связан с интеллектом животного, однако чем больше мозг, тем больше способности. Однако от размера животного это не зависит. Например у слонов совсем небольшой мозг, а у огромных динозавров мозг был вообще мизерный.
Откуда же у китов мозг, который считается очень большим?
Профессор Пол Менджер сообщил о результатах исследования китообразных – ученым удалось установить, зачем им настолько большой мозг по сравнению с другими млекопитающими. Оказалось, мозг китов, дельфинов и других видов выделяет намного больше тепла. Это результат эволюции – адаптации животных к изменению условий окружающей среды.
Раньше, сравнивая размеры мозга человека и дельфина, ученые считали, что большой объем тканей должен указывать на высокий уровень интеллекта животного. Последние исследования указывают на то, что китообразные действительно обладают особенным мозгом по сравнению с другими млекопитающими. Но его уникальность заключается в специализированной термогенной системе, благодаря которой происходит выработка тепла. Мозг китообразных существенно увеличился в размерах примерно 32 миллиона лет назад – спустя 20 млн лет после того, как млекопитающие полностью перебрались в водную среду.
Вместе с глобальным понижением температуры океана китообразные начали испытывать трудности – им пришлось приспособиться к холодной воде. Так мозг научился производить собственное тепло, независимо от тела и окружающей среды, чтобы температура не опускалась ниже 37℃. Выделение тепла мозгом происходит за счет клеток бурой жировой ткани путем внутренних метаболических процессов.
Исследование не преуменьшает когнитивные способности китообразных. Если в 20-м веке показателем интеллекта считался именно размер мозга, то в настоящее время ученые используют понятие коэффициента энцефализации. Он отличается среди разных видов млекопитающих. Например, у косатки он равен 2,57, афалины – 4,14, белого дельфина – 4,56. Для сравнения коэффициент энцефализации мыши – 0,50, собаки – 1,17, шимпанзе – 2,49.
Для дельфинов характерен ряд когнитивных способностей: групповое, творческое поведение, межвидовое сотрудничество, участие в сложных играх, использование инструментов (дикие афалины применяли части морских губок для раскапывания почвы).
Самые большие мозги в мире
Ученые исследуют и определяют соотношение объема мозга к объёму тел живых существ на Земле. Так же они выяснили, у кого из животных самый тяжелый мозг. Известно, что и среди людей есть рекордсмены по весу мозга.
У кого самый большой мозг по отношению к телу?
Сравнивая соотношение массы мозга к массе тела, выяснилось, что среди позвоночных первое место занимает колибри. У этой птицы такое соотношение равно 1\12.
Можно было бы определить соотношение и среди беспозвоночных, однако как такового мозга у них нет, зато есть нервные узлы или ганглии. Если вычислить соотношение, сравнив массу нервных окончаний с массой тела беспозвоночных, получится, что рекордсменом является муравей. Соотношение у него равно 1\4.
Будь у человека соотношение 1\4, как у муравья, голова весила бы не меньше двадцати килограмм, и была бы примерно в восемь раз больше. Тем не менее, мозг муравья в сорок тысяч раз меньше мозга человека при сравнении количества клеток, из которых он состоит.
Ученые проводили исследования и опыты, чтобы понять, обладает ли муравей разумом. Выяснилось, что эти миниатюрные насекомые способны обобщать и синтезировать информацию, полученную ими. Каждый муравей часть большого коллективного мозга
Муравьи могут обучаться, они взрослеют постепенно, что подтверждает их сложносоциальный вид. И чем вид сложнее, тем больше времени тратит муравей на обучение. Именно нервная система не дает считать муравьев разумными животными. В силу того, что мозг этого насекомого состоит из пятисот тысяч нейронов, думать оно не способно. Ряд ученых считает, что среди муравьев существует распределение мозга между членами колонии. Это распределение сопоставимо с соединением компьютеров посредством Интернета для решения определенных задач. Получается, что каждый муравей – мелкая частица огромного супермозга.
Это загадка для ученых, которую они пытаются отгадать. Есть версия, что они действуют согласованно благодаря радиоволнам или телепатии.
Пропорция веса мозга и веса тела у человека такая же, как у рыбы-слона.
Удивительно такое совпадение – подобное соотношение у человека такое же, как у рыбы Мормирус или рыбы-слона. Оно равно 1\38-1\50. Среди рыб именно у рыбы Мормирус самое большое соотношение массы мозга к массе ее тела.
У беличьей обезьяны самое большое соотношение веса мозга к весу тела
Исследовав интересующее соотношение среди приматов, было выяснено, что самое большое оно вовсе не у людей, а у Беличьей обезьяны или Саймири. Такое соотношение у этого примата составляет 1\17.
Исследователи, после наблюдения за десятками разных видов животных сделали вывод, что те, чей абсолютный объем мозга больше, лучше контролируют свое поведение. Речь идет не о массе мозга, а о его соотношении с объемом тела.
Интересно, что обезьяны, волки, плотоядные собаки показали хорошее самообладание, а вот слон показал плохие результаты.
Можно оценивать мозг не по соотношению его объема к объему тела, а по размеру. Рекордсменов несколько.
Известно, что среди наземных животных мозг наибольшей массы у слона. Порядка пяти килограмм – столько весит мозг Индийского слона.
Рекордсменом среди всех живых существ планеты по весу мозга является кит Physeter Macrocephalus.
Мозг этого животного может достигать девяти килограмм. Однако если вычислить отношение мозга к телу, то получится 1\40 000.
Вес мозга кита зависит от его возраста и вида. Известно, что синий кит гораздо крупнее кашалота, однако его мозг меньше и весит лишь шесть килограмм восемьсот грамм.
Еще один обладатель большого мозга – северный дельфин белуха. Его мозг весит два килограмма триста пятьдесят грамм, в то время как у дельфина афалина он весит лишь один килограмм семьсот тридцать пять грамм.
Живым существом планеты с большим мозгом является человек. В среднем его мозг весит от одного килограмма двадцати грамм до одного килограмма девятисот семидесяти грамм.
Самый большой мозг у человека
Вес мозга человека зависит от многих факторов. Во-первых, мужской мозг больше женского примерно на сто-сто пятьдесят грамм. Серьезной разницы в весе мозга между отдельными расами не наблюдается.
Для изучения мозга Ленина был создан специальный институт
У наших предков мозг был гораздо меньше, чем у нас. Вес значительно изменился, когда появился первый примитивный человек.
Мозг питекантропа не превышал девятисот кубических сантиметров, а мозг синантропа был около тысячи двухсот двадцати пяти кубических сантиметров, догнав, таким образом, мозг современной женщины.
Известно, что кроманьонцы обладали мозгом, объем которого одна тысяча восемьсот восемьдесят кубических сантиметров.
Сегодня мозг европейца составляет порядка одной тысячи четыреста сорока шести кубических сантиметров.
Можно сделать вывод, что каждые двести лет мозг «усыхал» на один кубический сантиметр. Хотелось бы надеяться, что уменьшение объема не ведет к падению интеллекта, а вызвано улучшением конструкции.
Известно, что у Ивана Сергеевича Тургенева вес мозга оказался равным двум килограммам двенадцати граммам. Можно было бы считать его мозг самым большим, однако, у некоего индивида, который прожил всего три года, вес мозга составил два килограмма девятьсот грамм.
Почему кит такой большой
Чтобы получить ответ на этот и другие дурацкие вопросы, ученые потратили немало исследовательских грантов
Поделиться:
Аудиоверсия этой статьи:
Нельзя сказать, что ученые занимаются одной только ерундой: их интересуют и важные вопросы. Вот, к примеру, Рэй Фисман и Мириам Голден уже давно пытаются понять, как победить во всем мире коррупцию, выпустили даже книжку об этом, а также написали статью в Science. И если ваш ребенок спросит у вас: «Как победить коррупцию?» — вы всегда сможете найти правильный ответ в этой книге. Но вот только дети редко об этом спрашивают: ясно же, что с такими вопросами того и гляди угодишь под суд по делу «Кировлеса». Потому смышленые карапузы ограничиваются вопросами более безобидными.
Например: «Почему кит такой большой?»
Разобраться с китом взялись американские биологи Грэйем Слейтер и Ник Пайенсон. Взялись не с бухты-барахты: у Слейтера была на этот счет идея, которая даже успела войти в учебники. Слейтер полагал, что китообразные, едва возникнув 30–40 млн лет назад, тотчас разделились на три ветви: мелкие шустрые дельфины, питающиеся рыбой, косатки, питающиеся рыбой, дельфинами и всем живым, что попадает им в пасть, а также собственно киты, потребители планктона. И вот эти-то веганы, говорил Слейтер, были совершенно беззащитны перед ужасными морскими хищниками. Единственный вариант для них был — увеличиться в размерах настолько, чтобы никакому хищнику не пролезть в пасть. Двести тонн веса и тридцать метров в длину, как у синего кита, — как раз подходящие параметры, чтобы поглядывать снисходительно на любую акулу.
Но идея нуждалась в обосновании, а факты как-то не выстраивались. И тогда Слейтер попросил палеонтолога Пайенсона порыться в ископаемых останках, чтобы хотя бы понять, когда именно случилась с китами их волшебная трансформация. Николас Пайенсон ловко умел определять размер кита по костям черепа. И когда он разложил перед собой китовые кости 63 вымерших видов, от гипотезы Слейтера не осталось и следа.
Оказалось, что десятки миллионов лет своей истории киты были относительно скромных размеров: самый огромный рекордсмен вырастал на десять метров максимум. Никакие морские хищники (а их тогда было предостаточно) не могли заставить китов переломить этот тренд. И вдруг четыре с половиной миллиона лет назад что-то изменилось: началась гонка, кто крупней.
А изменилось в это время вот что: настал первый ледниковый период. Жизнь стала сезонной: во время короткого лета талые воды несли в океан множество вкусных вещей, стимулируя размножение планктона. А потом сразу осень, и все – ну, вы знаете, и не будем о грустном.
Короче говоря, перед китами стояла задача максимально эффективно отъесться за пару месяцев. В этот момент исследования к Слейтеру и Пайенсону присоединяется третий соавтор работы, Джереми Гольдбоген из Пало-Альто, который всю жизнь изучал, как киты едят. Джереми свидетельствует: когда планктона много, крупное существо с огромной пастью получает колоссальное преимущество в питании. Когда же кушать нечего, большое тело позволяет довольно долго держаться на жировых запасах. Одним словом, стать большими было для китов единственным выходом: те, кому это не удалось, не пережили ледниковый период.
Итак, ответ на этот вопрос получен. Заодно разберем несколько других, менее жгучих вопросов.
Почему фламинго спят, стоя на одной ноге?
Можете смеяться, но так они экономят силы. Зоологи изучали работу птичьих мышц, помещая птичек на что-то вроде напольных весов. Выяснилось, что когда птица что-то делает на двух ногах, довольно много мышц вовлечено в поддержание равновесия, но стоит ей задремать на одной ноге, и движения мышц замедляются в семь раз. Затем пытливые исследователи поставили эксперимент с мертвыми птицами: оказалось, что даже птичий труп можно легко установить на одну ногу. Для этого пальцы должны быть растопырены точно под центром тяжести, а полностью выпрямленный коленный сустав благодаря своей конструкции запирается в этом положении.
Почему шнурки на ботинках развязываются сами собой?
Этот вопрос разрешил Оливер О’Рейли, инженер из Калифорнии, который заинтересовался этой проблемой в процессе общения со своей малолетней дочерью. Итогом стала большая исследовательская работа и статья в престижном журнале. Хитрые инженеры измерили ускорения, возникающие в шнурке при ходьбе – они, между прочим, достигают 7 g. Выяснилось также, что если просто топать ногой, то шнурок держится, и если качаться на ноге вправо-влево, это шнурку тоже нипочем. Но вот комбинация этих двух усилий приводит к тому, что узел незаметно ослабевает, а затем вдруг наступает катастрофа. Теория О’Рейли слишком сложна, чтобы довести ее до сведения его дочери, инициировавшей запрос. Однако тем ребятам, кто разрабатывает, к примеру, шовные материалы для хирургии, данные придутся очень кстати.
Почему у нас такой огромный мозг?
Если вам кажется, что этот вопрос неизмеримо важнее предыдущих, эта ошибка простительна: ученые тоже так думали. А потому для объяснения мозговитости приматов предлагалось и изготовление орудий труда, и зарождение сложной социальной жизни, и другие важные для людей факторы. Вот и Алекс Де Казьен из Нью-Йорка с девичьим энтузиазмом надеялась найти взаимосвязь между размером мозга приматов и их сексуальными практиками (главным образом моногамностью и промискуитетом).
Алекс исследовала 140 видов приматов, тщательно фиксируя, как они живут, верны ли друг другу, часто ли занимаются любовью и сколько весят их мозги. Как вы можете догадаться, ни малейшей корреляции между размером мозга и склонностью к разврату обнаружено не было. Размер мозга вообще коррелировал — и очень жестко — только с одним параметром, а именно: ест ли обезьяна листья или фрукты. У тех, кто ест фрукты, мозг был гораздо больше. Алекс написала про это статью, вызвавшую среди приматологов и антропологов большую бучу.
Кто-то из них, впрочем, увидел в этом смысл. Находить фрукты гораздо сложнее, чем лопать ботву: надо осматривать большую территорию, составлять мысленные карты местности, запоминать дорогу и т. п. Зато и калорий во фруктах больше, и их можно утилизировать на развитие органа, который требует много энергии, но зато помогает лучше ориентироваться в жизни.
Аргумент оппонентов Алекс состоит в том, что фрукты и социальность совсем не исключают друг друга: возможно, переход на более калорийную диету как раз стал необходим и возможен у животных, научившихся жить в группах и начавших тем самым развивать свой мозг, пока их мозг не вырос такой большой, как у этих самых антропологов.
Никто и не ожидал, что косные ученые вот так сразу после единственной статьи отбросят объяснение, с которым носятся уже несколько десятилетий. Но приходится признать, что данные любознательной Алекс весьма убедительны. Среди сложных и умных факторов, лежавших в основе развития человеческого интеллекта, теперь будет красоваться один простой и дурацкий: фрукты были вкуснее, чем листья.
Зачем китам большой мозг
Мозг китов и дельфинов увеличился не ради интеллекта, а ради тепла.
Мозг китов и дельфинов – один из самых больших среди зверей. Большой мозг ассоциируется в первую очередь с развитым интеллектом. Поведение китов и дельфинов как будто не даёт повода усомниться в их умственных способностях: у них сложная социальная жизнь и сложная система звуковых сигналов для общения друг с другом, для добывания пищи они используют довольно хитроумные уловки, они учатся друг у друга и т. д.
Однако, как пишут в Scientific Reports сотрудники Университета Витватерсранда, мозг китов и дельфинов стал большим не только и не столько из-за того, что им понадобилось стать умными. Для мозга крайне важно поддерживать постоянную температуру, может, даже важнее, чем для других органов. Но киты и дельфины живут в воде, а в воде млекопитающие теряют тепло в 90 раз быстрее, чем на воздухе. Даже совсем небольшое охлаждение ухудшает работу нейронов и снижает когнитивные способности. Если ты живёшь в воде, задача не дать мозгу остыть становится особенно острой.
У зверей вообще в мозге вообще есть отдельная топка, которая не зависит от систем терморегуляции остального организма. Механизм обогрева мозга связан с обычными метаболическими реакциями, с помощью которых клетки добывают энергию, окисляя питательные вещества. В обычном случае энергия из питательных веществ преобразовывается в энергию молекул аденозинтрифосфата, или АТФ. В форме АТФ энергия легко запасается и легко расходуется.
Но ту же энергию, которая образуется при сжигании питательных веществ, можно направить не в АТФ, а рассеять в тепло. Для этого существуют специальные белки, которые разрывают цепь метаболических реакций, не давая синтезироваться АТФ. Если заглянуть в мозг бегемоту, то мы увидим, что 35% нейронов снабжены такими белками. А вот в мозге китов и дельфинов подобные «тепловые» белки есть у 90% нейронов. Кроме того, работа обогревательных белков в нейронах зависит от нейромедиатора норадреналина. У китообразных на 30% выше плотность в мозге нервных окончаний с норадреналином, которые непосредственно управляют концентрацией и активностью «тепловых» белков.
Наконец, кроме нейронов, в мозге есть так называемые глиальные клетки. Они помогают нейронам работать, поддерживают их и питают, регулируют проведение импульсов и очищают нервную ткань от молекулярного мусора и инфекций. У китов и дельфинов в 30–70% глиальных клеток тоже есть белки, которые рассеивают метаболическую энергию в тепло. А вот у остальных зверей таких белков в клетках глии нет, и эти клетки вообще не играют роли в обогреве мозга.
Китообразные получили большой мозг около 32 млн лет назад, спустя много миллионов лет поле того, как они окончательно переселились в воду. И именно в то время, когда их мозг резко увеличился, температура морей и океанов на Земле заметно упала. Крупный мозг в принципе теряет меньше тепла, чем маленький, просто в силу законов физики. Если же он к тому же нашпигован обогревательными элементами, как у китов, то переохлаждения можно не бояться. Всё это подтверждает гипотезу, что мозг китов и дельфинов стал таким большим в первую очередь для того, чтобы не остывать, а не для того, чтобы быть умными. Впрочем, раз мозг всё равно увеличился, то почему бы и не поумнеть?