哺乳动物在大灾害后进化了大脑(大规模灭绝和气候变化)

主要灭绝事件

主要灭绝事件引起了相对脑大小的当今差异。信用:哈维尔拉扎罗(http://www.lazaroillustration.com/)

同类研究中规模最大的一项揭示了哺乳动物大脑相对大小在过去1.5亿年间的变化方式。

来自石溪大学(Stony Brook University)和马克斯·普朗克动物行为研究所(Max Planck Institute of Animal Behavior)的科学家们拼凑了一个时间轴,显示了过去1.5亿年间哺乳动物的大脑和身体大小是如何进化的。这支由生物学家、进化统计学家和人类学家等22名科学家组成的国际团队对1400种现存和灭绝哺乳动物的大脑质量进行了比较。对于107个被检测的化石——其中包括古老的鲸鱼和迄今为止发现的最古老的旧大陆猴子头骨——他们使用的是来自头骨的颅内体积数据,而不是大脑的大量数据。然后,研究人员对大脑的测量结果和身体大小进行分析,以比较大脑大小和身体大小在深度进化过程中的差异。

研究结果发表在科学的进步据表明,脑大小相对于身体大小 - 长期被认为是动物情报的指标 - 在进化时间上没有稳定的规模。例如,着名的“大脑”人,海豚和大象以不同的方式达到了他们的比例。大象在体型中增加,但令人惊讶的是,脑大小更多。另一方面,海豚通常在增加大脑尺寸的同时降低它们的体型。伟大的猿人展示了各种各样的体型,具有大脑和体型增加的一般趋势。相比之下,代表人类线的祖先母体显示出体尺寸的相对降低,与大猿相比,脑大小的增加。

作者们说,这些复杂的模式促使人们重新评估一种根深蒂固的范式,即将任何物种的大脑大小和身体大小进行比较,以此来衡量该物种的智力。“乍一看,考虑体型进化轨迹的重要性似乎并不重要,”纽约州立大学石溪分校的进化生物学家Jeroen Smaers说,他也是这项研究的第一作者。“毕竟,许多大脑较大的哺乳动物,如大象、海豚和类人猿,也有很高的脑-体大小。但情况并非总是如此。例如,加州海狮的大脑相对较小,这与它们卓越的智力形成了对比。”

通过考虑到进化历史,目前的研究表明,由于身体大小的强烈选择性压力,加州海狮达到了低脑对体积大小,最有可能是因为水生肉肉草变成半水生水处理。换句话说,由于在增加的体型上,它们具有低相对脑大小,而不是由于在减少脑大小上的选择。

“我们已经推翻了一个长期的教条,即相对大脑规模可以被智能等待智力,”最大普朗克动物行为研究所和研究中的高级作者的研究科学家堪萨伦·萨菲说。“有时,相对大的大脑可以是身体尺寸逐渐减少的最终结果,以适应新的栖息地或移动的方式 - 换句话说,完全无关。必须使用相对脑大小作为认知能力的代理,必须针对动物的进化历史,脑和身体在生活树上变化的差别。“

该研究进一步表明,地球历史中两次灾难性事件发生了大部分大脑规模的变化:6600万年前的大规模灭绝和23-33亿年前的气候过渡。

在大灭绝事件结束后白垩纪在此期间,研究人员注意到啮齿类动物、蝙蝠和食肉动物等物种的脑-体比例发生了戏剧性的变化,因为动物辐射到灭绝恐龙留下的空壁龛中。大约3000万年后,晚古近纪的气候变冷导致了更深刻的变化,海豹、熊、鲸鱼和灵长类动物的大脑和身体尺寸都经历了进化的变化。

Smaers说:“令人惊讶的是,今天生活的哺乳动物大脑相对大小的大部分变化可以用它们的祖先在这些灾难性事件之后经历的变化来解释。”这包括最大的哺乳动物大脑的进化,如海豚、大象和类人猿,它们都是在2300万到3300万年前的气候变化事件之后进化出它们的极端比例的。

作者总结说,要想真正捕捉到智力的进化过程,就需要加大对神经解剖学特征的研究力度,比如已知的高级认知过程的大脑区域。“大脑和身体的大小当然不是独立于智力的进化,”Smaers说。“但实际上,这可能更表明了对大规模环境压力的更普遍适应,而不仅仅是智力方面的。”

Reference: “The evolution of mammalian brain size” by J. B. Smaers, R. S. Rothman, D. R. Hudson, A. M. Balanoff, B. Beatty, D. K. N. Dechmann, D. de Vries, J. C. Dunn, J. G. Fleagle, C. C. Gilbert, A. Goswami, A. N. Iwaniuk, W. L. Jungers, M. Kerney, D. T. Ksepka, P. R. Manger, C. S. Mongle, F. J. Rohlf, N. A. Smith, C. Soligo, V. Weisbecker and K. Safi, 28 April 2021,科学的进步
DOI: 10.1126 / sciadv.abe2101

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