狄安娜·魯茲

譯/王治軍

作為地球上的物種之一，人類一直對(duì)自己的大腦充滿信心，大多數(shù)人并不會(huì)質(zhì)疑我們的大腦是否有缺陷，也不會(huì)去探究我們的大腦在認(rèn)知方面有什么優(yōu)勢。

美國圣路易斯華盛頓大學(xué)藝術(shù)與科學(xué)學(xué)院生物學(xué)專業(yè)研究生吉姆伯雷·薩克厄姆說：“我們可以想象，大腦容量大能夠帶來巨大的好處。但從另一方面來說，腦組織‘昂貴得驚人，大腦容量增大的同時(shí)會(huì)附加高昂代價(jià)?！?/p>

薩克厄姆的導(dǎo)師，該院生物學(xué)教授布魯斯·卡爾森稱，要進(jìn)化出一個(gè)更大的大腦，要么減少其他器官對(duì)能量的需求，要么就要增加總體能量的攝入。

以往對(duì)靈長類動(dòng)物、青蛙和蟾蜍、鳥類和魚類的研究支持了這一假說，但容量更大的腦究竟是如何進(jìn)化出來的，目前尚無定論。

卡爾森實(shí)驗(yàn)室對(duì)來自非洲的鸛嘴長頜魚進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)鸛嘴長頜魚通過弱放電來定位獵物，并與其他同類進(jìn)行交流。

長頜魚因其大腦容量大而聞名，這種魚的某些種群大腦重量占其全身重量的比例可達(dá)3%， 甚至超過了人類——人類大腦占全身重量的2%到2.5%。長頜魚家族內(nèi)種群數(shù)量超過200種，科學(xué)家從中選取了30種進(jìn)行研究，發(fā)現(xiàn)這30種長頜魚的大腦容量各不相同。

薩克厄姆說：“我們意識(shí)到，這種魚為我們研究大腦新陳代謝成本提供了很好的樣本。”科學(xué)家用氧氣消耗和耐受缺氧能力（代替能量使用和能量需求）作為指標(biāo)，對(duì)長頜魚進(jìn)行了實(shí)驗(yàn)。結(jié)果不出所料，他們發(fā)現(xiàn)腦容量最大的種群對(duì)氧氣的需求量最高，腦容量最小的種群需氧量則最低。

這一研究成果發(fā)表在2016年12月21日的《英國皇家學(xué)會(huì)會(huì)刊B》上，與2016年5月19日發(fā)表于《自然》上的一篇文章可相互參照，后者發(fā)現(xiàn)腦容量相對(duì)較大的人類的代謝速率比腦容量相對(duì)較小的類人猿要高得多。

有別的方法減少能量消耗嗎？

首次面對(duì)這個(gè)問題的時(shí)候，你可能會(huì)理所當(dāng)然地認(rèn)為，要維持一個(gè)容量較大的腦必須要多吃食物。然而，許多研究已經(jīng)表明，如果“節(jié)省”體內(nèi)其他器官或活動(dòng)的能量消耗，身體就能容納一個(gè)更大的腦。

發(fā)表于2016年9月《美國博物學(xué)家》上的一篇文章，對(duì)30種青蛙和蟾蜍進(jìn)行了研究，發(fā)現(xiàn)這些動(dòng)物的腦越大，腸道器官（也是一個(gè)需要消耗巨大能量的器官）就越小。

對(duì)人類的早期研究也表明，人類腸道較小但同樣能維持容量較大的腦，其中一個(gè)原因是人類基礎(chǔ)代謝速率與其他靈長類動(dòng)物大致相當(dāng)。一個(gè)較小的腸道是如何在自身耗能較少的同時(shí)提供更多能量的呢？答案是，較小腸道必然要求食物更具營養(yǎng)，要多攝入肉類、塊莖類食物和熟食等。

研究人員不僅觀察了普通靈長類動(dòng)物，也觀察了類人猿，即與人類最接近的進(jìn)化親屬。研究者發(fā)現(xiàn)，基礎(chǔ)代謝速度和總能量消耗規(guī)模與大腦的大小存在一定關(guān)系。

長頜魚

卡爾森表示，通過節(jié)省其他器官和行為的能量消耗，使得大腦容量適度增長是有可能的，但容量非常大的大腦則需要增加總能量的攝入。

這并不是件好事，對(duì)長頜魚和人類來說，為了生存的需要而攝入更多食物是一種極具風(fēng)險(xiǎn)的做法。

卡爾森和薩克厄姆指出，長頜魚通過“放電定位”感測其所處環(huán)境的能力，有助于它們更有效地覓食。那些腦容量較大的長頜魚同時(shí)進(jìn)化出了實(shí)用的附肢（如特殊的口鼻器官或管狀鼻子）來幫助其從裂縫中尋找無脊椎動(dòng)物為食。

盡管發(fā)生了這些適應(yīng)性變化，腦容量較大的長頜魚對(duì)能量的過度需要依然把它們限制在了氧氣濃度較高的環(huán)境中，如水流湍急的大型河流。然而，腦容量較小的長頜魚可以在更多的環(huán)境中生存，包括含氧量低的沼澤。

人類在食物供應(yīng)中斷時(shí)，同樣表現(xiàn)得十分脆弱，因?yàn)槲覀兊拇竽X容量較大，需要消耗更多能量。人類可以通過高效的直立行走、烹飪和共享食物來減輕這種風(fēng)險(xiǎn)，也可以通過儲(chǔ)存脂肪來減輕風(fēng)險(xiǎn)。