» » Относительные размеры отделов мозга у приматов связаны с образом жизни

Относительные размеры отделов мозга у приматов связаны с образом жизни


Относительные размеры отделов мозга у приматов связаны с образом жизни

Рис. 1. Серый мышиный лемур (Microcebus murinus) из подотряда полуобезьян — один из видов, участвовавших в обсуждаемом исследовании. С одной стороны, эти зверьки — одни из самых мелких приматов, а с другой, они — крупнейшие среди мышиных лемуров. Взрослые особи вырастают примерно до 28 см с учетом хвоста, который имеет такую же длину, как и все остальное тело. Серые мышиные лемуры активны по ночам, питаются по одиночке, а вот спать в дуплах могут группами до 15 особей. Всеядны, основная пища — насекомые и фрукты. Фото с сайта brainforestlife.wordpress.com


Анализ новейших данных по нейроанатомии приматов позволил уточнить представления о связи относительных размеров отделов мозга с экологическими и социальными факторами. Оказалось, что относительный объем неокортекса связан не только со сложностью социального устройства (что было известно и ранее), но и с качеством диеты, а отделы мозга, связанные с обонянием, сильнее развиты не только у ночных видов по сравнению с дневными, но и у видов с развитой социальностью по сравнению с теми, кто живет парами или поодиночке, а также у всеядных и плодоядных по сравнению с листоядными. Исследование подтвердило идею о «мозаичной» эволюции мозга у приматов и о том, что вариабельность относительных размеров отделов мозга отражает специфику действия отбора на различные сенсорные и когнитивные функции. Эта специфика, в свою очередь, зависит от комплекса социальных и экологических факторов.

Мозг позвоночных, несмотря на всю свою пластичность, всё же имеет «мозаичную» (модульную) структуру: он состоит из множества довольно-таки специализированных отделов, различающихся как анатомически, так и функционально. Если в ходе эволюции общий объем мозга увеличивается или уменьшается, то пропорции его частей имеют обыкновение меняться неким предсказуемым образом (см., например: С увеличением мозга растет относительный размер ассоциативных зон, «Элементы», 18.06.2018), причем для разных отделов характерны разные аллометрические закономерности. Это свидетельствует о неких онтогенетических или функциональных ограничениях, не позволяющих отделам мозга совсем уж произвольно менять свои пропорции. Однако на этом фоне всё же существует значительная межвидовая (а также межродовая, межсемейственная и т. д.) изменчивость по относительным размерам отделов мозга (R. A. Barton, P. H. Harvey, 2000. Mosaic evolution of brain structure in mammals).

Предполагается, что эта изменчивость во многом связана с адаптацией к различным условиям существования. Например, если мы видим, что у первых млекопитающих по сравнению с их предками — цинодонтами резко увеличились отделы мозга, связанные с обонянием и осязанием, то логично предположить, что это было напрямую связано с переходом к ночному образу жизни (см.: Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния, «Элементы», 26.05.2011). Среди других примеров такого рода — положительная корреляция между богатством песенного репертуара и относительным объемом верхнего вокального центра (HVC) у певчих птиц (T. Devoogd et al., 1993. Relations between song repertoire size and the volume of brain nuclei related to song: comparative evolutionary analyses amongst oscine birds), увеличенный гиппокамп у птиц, запасающих пищу впрок (J. R. Krebs, 1990. Food-storing birds: adaptive specialization in brain and behaviour?), и увеличенная задняя часть гиппокампа у лондонских таксистов по сравнению с людьми других профессий (E. A. Maguire et al., 2000. Navigation-related structural change in the hippocampi of taxi drivers), хотя в последнем случае речь идет о пластических изменениях, то есть о результатах тренировки, а не эволюции.

Отряд приматов — удобный объект для подобных исследований, потому что для этого отряда характерно исключительное разнообразие, с одной стороны, экологических адаптаций и способов социальной организации, с другой — абсолютных размеров и пропорций частей мозга.

В статье, опубликованной недавно в журнале Nature Ecology & Evolution, американские приматологи сопоставили имеющиеся литературные данные по анатомии мозга приматов с несколькими социальными и экологическими факторами, а именно с диетой, ночным или дневным образом жизни и со сложностью социальной организации. В качестве отдельного фактора рассматривалась принадлежность к одному из двух подотрядов: Strepsirrhini (полуобезьяны) и Haplorrhini (обезьяны). В исследовании было учтено больше видов приматов и больше отделов мозга, чем в прежних публикациях на эту тему (33 отдела мозга, для каждого из которых авторам удалось найти литературные данные по 17–58 видам приматов; для каждой комбинации «отдел мозга/вид» использовались сведения по 1–44 особям — всё, что удалось найти в литературе). Для внесения поправок на родство видов (чтобы минимизировать влияние филогенетической инерции — см. Phylogenetic inertia) использовались новейшие уточненные эволюционные деревья.

«Качество диеты» оценивалось двумя альтернативными способами. В первом случае использовалось простейшее бинарное деление: всеядные и плодоядные виды относили к группе с «высококачественной диетой», а питание листьями считалось «низкокачественной диетой». Второй подход основан на вычислении «индекса качества питания» (diet quality index, DQI), который для приматов традиционно рассчитывают по формуле 1s + 2r + 3,5a, где s — доля структурных частей растений, r — доля репродуктивных частей растений, a — доля животной пищи в рационе. Оба подхода дали практически одинаковые результаты.

Сложность социальной организации тоже оценивалась двумя альтернативными способами: либо по среднему размеру группы, либо путем разделения всех видов на три категории: одиночки, живущие парами и живущие группами. Это тоже, как выяснилось, мало влияет на результаты.

Вид Homo sapiens был исключен из рассмотрения, потому что он слишком резко отличается от остальных приматов как по строению мозга, так и по социоэкологическим особенностям.

Получилось, что обонятельные отделы мозга относительно крупнее у полуобезьян, у видов с «качественной» диетой, у ночных и живущих большими группами (рис. 2). Любопытно, что у последних по сравнению с видами, живущими парами или поодиночке, увеличены только дополнительные обонятельные луковицы (AOB), связанные с вомероназальным органом и восприятием социально значимых химических сигналов (феромонов), но не основные обонятельные луковицы, отвечающие за «обычное» обоняние. Это косвенно свидетельствует о важной роли химической коммуникации у социальных приматов, живущих большими группами (но не у моногамов и одиночек).


Относительные размеры отделов мозга у приматов связаны с образом жизни

Относительные размеры отделов мозга у приматов связаны с образом жизни

Рис. 2. Относительные размеры отделов мозга у приматов в зависимости от подотряда (Haplorrhines или Strepsirrhines) и социоэкологических факторов. Показаны отделы мозга, относительные более крупные у данной группы по сравнению с альтернативной. Оранжевым цветом показаны отделы, связанные со зрением (OT — зрительный тракт, V1 — первичная зрительная кора, LG — латеральное коленчатое тело таламуса, MS — средний мозг), синим — с обонянием (OB — обонятельные луковицы), желтым — со вкусовым восприятием (IN — островок), зеленым — с пространственным мышлением (HP — гиппокамп, PC — палеокортекс, SZ — schizocortex, включающий энторинальную кору и ряд других областей, тесно связанных с гиппокампом). Отдельно показан неокортекс (NEO), относительный объем которого увеличен у обезьян (по сравнению с полуобезьянами) и у видов со сложной социальной жизнью и высококачественной диетой (всеядных и плодоядных). Рисунок из обсуждаемой статьи в Nature Ecology & Evolution


Зрительные отделы относительно крупнее у обезьян по сравнению с полуобезьянами, у дневных и сумеречных видов по сравнению с ночными, а также у видов с «качественной» диетой и у живущих большими группами (последний факт косвенно свидетельствует о важной роли визуальных сигналов в социальной жизни приматов).

Объем серого вещества в островковой коре оказался больше у плодоядных по сравнению с листоядными, что может быть связано с улучшенным вкусовым восприятием (плодоядным приматам важно отличать на вкус спелые, сладкие фрукты от зеленых).

Относительный объем неокортекса больше у обезьян, у видов, живущих большими группами, а также у видов с «качественной» диетой. При этом качество диеты оказалось не менее, а даже чуть более надежным предиктором объема неокортекса, чем размер группы.

Отделы мозга, связанные с пространственным мышлением (это прежде всего гиппокамп и ряд прилегающих областей), относительно сильнее развиты у полуобезьян, а также у видов с «низкокачественной» диетой и простой социальной организацией. Может быть, дело в том, что для высокосоциальных приматов, перемещающихся с место на место вместе с сородичами и живущих бок о бок с потенциальными половыми партнерами, не так критично умение ориентироваться в пространстве.

Некоторые подкорковые структуры и отделы ствола мозга относительно крупнее у полуобезьян (стриатум, бледный шар, таламус, гипоталамус, мозжечок, продолговатый мозг). У видов с простой социальной структурой тоже сильнее развиты таламус, гипоталамус, мозжечок и продолговатый мозг, а также миндалевидные тела. Качество диеты положительно коррелирует с объемом субталамического ядра и отрицательно — с объемом мозжечка, гипоталамуса, эпиталамуса и продолговатого мозга.

Полученные результаты в целом подтверждают идею о «мозаичном» характере эволюции мозга у приматов и о том, что особенности образа жизни, от которых зависит интенсивность отбора на те или иные сенсорные и когнитивные функции, могут приводить к изменению пропорций отделов мозга в ходе эволюции. Особенно хорошо это видно на примере зрительных и обонятельных отделов, относительные размеры которых явно зависят от того, насколько важную роль в жизни вида играют, соответственно, обоняние или зрение (см.: Обоняние и цветное зрение в эволюции млекопитающих развивались в противофазе, «Элементы», 18.06.2008).

Тот факт, что качественная диета, по-видимому, влияет на относительный объем неокортекса чуть ли не сильнее, чем сложность социальной организации, на первый взгляд не очень хорошо согласуется с популярной идеей о ведущей роли социальности в прогрессивном развитии мозга у приматов (см.: Жизнь в большом коллективе стимулирует развитие мозга, «Элементы», 09.11.2011). Собственно, авторы именно так и интерпретируют этот результат, полагая, что он ставит под сомнение «теорию социального мозга».

Впрочем, природа обнаруженной связи между диетой и объемом неокортекса может быть разной. С одной стороны, добывание высококалорийных деликатесов действительно может способствовать отбору на сообразительность. С другой стороны, хорошее питание ослабляет энергетические ограничения на рост неокортекса, то есть, может быть, оно не столько стимулирует рост неокортекса напрямую, порождая отбор на когнитивные способности, сколько «разрешает» неокортексу увеличиться для выполнения иных, в том числе социальных функций (см.: Хорошее питание — залог большого ума, «Элементы», 25.06.2007).

Источник: Alex R. DeCasien & James P. Higham. Primate mosaic brain evolution reflects selection on sensory and cognitive specialization // Nature Ecology & Evolution. 2019. V. 3. P. 1483–1493. DOI: 10.1038/s41559-019-0969-0.

См. также:
1) Размер мозга коррелирует с общительностью, «Элементы», 04.07.2011.
2) Рост мозга у древних млекопитающих был связан с развитием обоняния, «Элементы», 26.05.2011.
3) С увеличением мозга растет относительный размер ассоциативных зон, «Элементы», 18.06.2018.
4) Жизнь в большом коллективе стимулирует развитие мозга, «Элементы», 09.11.2011.

Александр Марков


23 ноябрь 2019 /
  • Не нравится
  • 0
  • Нравится

Похожие новости

Метаболизм в мышцах человека менялся быстрее, чем в коре мозга

Комплекс метаболитов в различных тканях не обязательно напрямую отражает уровень экспресcии генов. При сравнении комплекса метаболитов в разных тканях у мыши, обезьян и человека оказалось, что

Млекопитающие с относительно крупным мозгом более уязвимы

Крупный мозг не обязательно дает своему владельцу эволюционные преимущества. В настоящее время множество животных так или иначе страдают от антропогенных факторов. Проведенный мета-анализ показал,

Ген, работающий в мышцах и костях, у обезьян стал регулировать развитие мозга

В развитии коры головного мозга млекопитающих важнейшую роль играют гены, включающиеся в нейронах при их возбуждении. Американские нейробиологи обнаружили, что ген OSTN, который у большинства

С увеличением мозга растет относительный размер ассоциативных зон

Анализ детальных трехмерных изображений мозга 2904 людей показал, что у индивидов с крупным мозгом относительный размер ассоциативных зон коры больше, а сенсомоторных и лимбических — меньше, чем у

Специалисты выяснили, какие люди наиболее умные

Каждый человек может мыслить, думать и размышлять. Однако далеко не всех людей можно назвать интеллектуально развитыми или умными. 

Таксисты имеют «накаченный» гиппокамп

Таксисты с многолетним стажем имеют феноменальное, с точки зрения науки, строение мозга: участок лимбической системы, отвечающий за память и ориентацию в пространстве, гиппокамп, у них имеет
Комментарии

НАПИСАТЬ КОММЕНТАРИЙ

Ваше Имя:
Ваш E-Mail:
Код:
Кликните на изображение чтобы обновить код, если он неразборчив
Введите код:
Популярные новости
Камеры заднего видаКалькулятор тарифов Яндекс на таксиОсновные преимущества керамической плиткиАвтосвет, нюансы ремонта и обслуживанияЭкстрасенсы помогают следствию в раскрытии преступленийВьетнамские дети попрыгали через мертвую змею вместо скакалкиСамостоятельные путешествия, что важно знатьНа реке Генхе в Китае появился редкий вращающийся ледяной диск