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腦大的代價

2016/12/29 — 10:20

腦袋的大小一直被認為是智力與認知能力高低的指標。但正所謂「等價交換」,一個物種要演化出較大的腦袋,自然要付出沉重代價,未必是完全的好事。

對於大腦容量增加的演化,根據此前對靈長類、兩棲類、魚類等的研究,發展出兩大主流假說:

  1. 其他器官減低能量需求,使大腦可用的能量增加
  2. 整體能量消耗增加

而聖路易斯華盛頓大學生物學家 Bruce Carlson 的團隊就從非洲象鼻魚研究腦容量與新陳代謝的關係,從而了解腦大是否對物種生存較「著數」。

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象鼻魚會利用微弱的電流尋找獵物,亦會以此與同類溝通;牠們在魚類之中也算是「腦大」,其中一種象鼻魚的腦袋就足佔全身的3% ,甚至比人類的腦-身比例 2-2.5% 還要高。而整個象鼻魚科的成員,腦袋大小有很大的差別,適合進一步了解腦容量差別對身體以至行為的分別,故此團隊就從 200 個品種中挑選其中 30 種作實驗。

象鼻魚
David Kilper/Washington University

象鼻魚
David Kilper/Washington University

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團隊以氧氣消耗及承受缺氧能力,作為能量消耗與需求的「換算單位」,他們發現腦-身比例最大的象鼻魚,整體氧需求比腦小的為高。結果亦與 5 月刊於《自然》的研究吻合。該研究指,腦大的人類比猿人有更高的代謝率。

驟眼看,你會以為「食多啲」就能養活一個較大的腦袋。不過,此前很多研究就指要有個較大的腦袋,身體某些器官需要減用能量甚至縮少。例如芝加哥大學九月就發表了報告,指從 30 種青蛙與蟾蜍發現,大腦愈大腸胃就愈小;而人類身上的早期研究也有類似結論。

不過,近年囊括人類近親猿人的研究均顯示,基礎代謝率及能量消耗,是與腦大小成正比。 Carlson 就指之前的誤會有機會是演化期間確實會因為腦大小而剝削其他器官的能量需求,但最終還是會增加整體能量需要。

這種能量需要的增加,不論是對人類還是象鼻魚也有風險。象鼻魚發展出用電流,更有效地覓食。一些腦較大的象鼻魚更有附肢幫助。不過,牠們只能生存於含氧量較高的水域,而腦較小的象鼻魚則可更廣泛地散佈於其他水域。人類也為了大腦,有相關演化進程,例如我們的雙足行走、煮熟食物,甚至儲存脂肪。《自然》研究的學者就曾指,脂肪能在重要時刻緩和食物不足的情況。所以凡事也有兩面嘛。

來源:
Washington University in St. Louis, Why big brains are rare, 21 December 2016

研究:
Sukhum, K.V., Freiler, M.K., Wang, R., & Carlson, B.A. (2016). The costs of a big brain: extreme encephalization results in higher energetic demand and reduced hypoxia tolerance in weakly electric African fishes. Proceedings of the Royal Society B. published online 21 December 2016. Doi: 10.1098/rspb.2016.2157

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