Размеры мозга млекопитающих менялись не так, как было принято считать

Долгое время считалось, что соотношение массы тела и массы мозга у млекопитающих описывается формулой y = bx^a, где y — масса мозга, b — масса тела, x — точка пересечения с осью Y, а — аллометрический коэффициент. Логарифмическая форма этой зависимости имеет линейный характер — log y = a (log b + log x) — причем значение коэффициента a описывает некую общую закономерность в эволюции относительных размеров мозга. Исследователи из Даремского университета и Университета Рединга (Великобритания) показали, что взаимоотношения между массой мозга и массой тела значительно сложнее.

Авторы проанализировали данные о филогении и массах тела и мозга для 1504 особей из различных таксонов внутри класса млекопитающих. Анализ отрядов по отдельности показал, что в отрядах с большей средней массой тела относительная масса мозга увеличивается медленнее, чем у более мелких (ρ = −0.63, P = 0.049, или ρ = −0.82, P = 0.006 после исключения Atlantogenata — таксона, представители которого сильно различаются по размеру, от слонов до тенреков). Анализ соотношений масс тела и мозга на полном наборе данных показал, что кривая зависимости не линейная, а изогнутая — при малых массах тела относительная масса мозга меняется быстрее, чем при больших, иными словами, у крупных животных мозг меньше, чем ожидалось. Различия в паттернах эволюции мозга в разных таксонах, по всей видимости, объясняются общей закономерностью, ассоциированной с массой тела.

Во всех проанализированных таксонах присутствуют ветви, демонстрирующие значительно более быстрые изменения относительной массы мозга в ходе эволюции по сравнению со средней скоростью для млекопитающих. Так, медиана скорости роста массы мозга на ветви, ведущей к человеку, оказалась в 23 раза выше, чем «фоновый» рост по классу. В линии, ведущей к отряду рукокрылых, напротив, мозг быстро уменьшается. Непосредственно внутри отряда темпы роста относительной массы мозга значительно (примерно в 2,5 раза) ниже, чем в среднем по классу. Причиной могут быть эволюционные ограничения, ассоциированные с полетом. Тем не менее среди рукокрылых встречаются линии, демонстрирующие повышенные скорости изменения относительной массы мозга. За счет чего это становится возможным, еще предстоит выяснить — авторы статьи отмечают, что эти линии «не объединены какими-либо очевидными факторами».

В соответствии с ранее существовавшими представлениями (правилу Марша–Лартета), тенденция к увеличению относительного размера мозга в ходе эволюции универсальна для всех млекопитающих. Однако при рассмотрении отрядов по отдельности значимый рост присутствовал только у приматов, хищников и грызунов. Судя по всему, эта тенденция свойственна не всем млекопитающим, а лишь некоторым кладам.

Еще более наглядно эта закономерность выявилась при анализе отношения количества ветвей, в которых наблюдалось увеличение массы мозга, к количеству ветвей, в которых увеличивалась масса тела. Только у приматов и хищников мозг увеличивался в значимо большем количестве ветвей, нежели масса тела. Независимая эволюция размеров мозга и тела противоречит гипотезе о том, что большая относительная масса мозга у приматов объясняется уменьшением размеров тела.

Таким образом, авторы показали, что сооотношения между массой тела и массой мозга у млекопитающих имеют сложный характер, не объясняемый простой линейной зависимостью. Еще предстоит установить возможные причины «расцепления» эволюции массы мозга и массы тела в ряде филогенетических ветвей, которое заложило фундамент для дальнейшей стремительной эволюции мозга гоминид, приведшей к появлению беспрецедентно большого мозга современного человека.

«У самых крупных животных есть что-то, что не дает мозгу становиться слишком большим. Происходит ли это из-за того, что большой мозг, превышающий определенный размер, просто слишком дорог в обслуживании, еще предстоит выяснить. Но поскольку мы также наблюдаем похожее отклонение от прямой у птиц, эта закономерность, по-видимому, является общей — то, что создает этот “загадочный потолок”, применимо к животным с совершенно иной биологией», — говорит соавтор исследования Джоанна Бейкер из Университета Рединга.

Опубликован первый клеточный атлас мозга млекопитающего