„Wielkość mózgu zaczęła się u ptaków zmieniać dopiero po tym, jak na drodze ewolucji doszło do znaczącej zmiany w opiece nad potomstwem. Czyli najpierw zmieniła się historia życia, a jej konsekwencją była zmiana wielkości mózgu” – powiedział dr Szymon Drobniak, biolog ewolucyjny z UJ, współautor publikacji w PNAS.

Pytanie, jakie czynniki wpływają na wielkość mózgu i dlaczego nie wszystkie organizmy na drodze ewolucji dążyły do jego powiększania, skoro daje on wiele korzyści, jest jednym z najstarszych problemów do rozwiązania w biologii ewolucyjnej. Powszechna jest wiedza o tym, że mózg powiększa się pod wpływem zdolności do interakcji z innymi osobnikami (tzw. czynniki socjalne). Autorzy artykułu w PNAS postanowili jednak dowiedzieć się, jaki inny czynnik stymuluje mózg, jeszcze zanim w pełni się rozwinie - i w ten sposób umożliwi działanie czynników socjalnych. W tym celu naukowcy dokonali metaanalizy danych dla blisko 4 000 gatunków ptaków. Okazuje się, że jeszcze przed czynnikiem socjalnym, działa inny czynnik - inwestycja rodzicielska – czyli energia (np. czas i pokarm), jaką rodzice wkładają w rozwój potomstwa od pierwszych chwil narodzin. Inwestycja rodzicielska - inaczej zaangażowanie rodzicielskie, odgrywa też znacznie ważniejszą rolę, niż czynniki socjalne.

„To nas zaskoczyło, bo stoi w sprzeczności z dotychczasowymi modelami, które na pierwszym miejscu stawiały czynniki socjalne. Wyniki naszej analizy redukują znacząco wartość cech socjalnych w wyjaśnianiu ewolucji wielkości mózgu – stają się one drugorzędne” – powiedział Drobniak. I dodał, że prawdopodobnie te ustalenia można przenieść także na ewolucję wielkości mózgów u ssaków.

„U niektórych grup ssaków widzieliśmy, że mózgi są większe tam, gdzie samice dłużej karmią swoje młode i dostarczają im bardziej energetyczne mleko. Problem polega na tym, że na bardzo wielu poziomach ten trend jest połączony z socjalnością i naukowcom ciężko było te czynniki rozdzielić, żeby zbadać ich faktyczny wpływ” – tłumaczy Drobniak.

Ptaki okazały się dobrą grupą do badania, bo - w przeciwieństwie do ssaków - naukowcy mogą śledzić rozwój ich mózgów już na bardzo wczesnym etapie. U ssaków mózg rozwija się na etapie życia płodowego, co utrudnia prowadzenie badań nad znaczeniem zaangażowania rodzicielskiego.

„U ptaków jest łatwiej, bo całość rozwoju płodowego odbywa się na zewnątrz ciała samicy (po złożeniu jaja). Możemy więc zmierzyć wielkość jaja, która jest związana z tym, ile w tym jaju jest składników odżywczych. Po wykluciu się pisklęcia, również możemy dokładnie obserwować, ile energii rodzice inwestują w rozwój potomstwa. Wpływ zaangażowania rodzicielskiego na rozwój mózgu u ptaków widzimy jak na dłoni” – powiedział Drobniak.

W przypadku ptaków da się też badać osobno wpływ różnych czynników, co u ssaków jest utrudnione, bo u większości z nich cechy socjalne są nieodłącznie powiązane z zaangażownaniem rodzicielskim.

„U ptaków mamy do dyspozycji znacznie bogatszy materiał badawczy. Są ptaki socjalne i mniej socjalne – takie, które mają duży, albo mały stopień opieki nad potomstwem – duży, albo mały stopień inwestycji rodzicielskiej w potomstwo. Duży lub mały stopień energetyczności pokarmu. Czyli mamy wiele ptaków o różnych kombinacjach cech i możemy je analizować niezależnie” – tłumaczy Drobniak.

Naukowiec przyznaje, że na obecnym etapie prac, „wydaje się oczywiste, że czynniki socjalne nie mogły być pierwszymi”, które napędzały ewolucję mózgu, bo one pojawiają się dopiero w momencie, kiedy mózgi są duże.

„Ale dopiero my, w naszej publikacji pokazaliśmy to tak jasno” – akcentuje Drobniak.

Zwraca też uwagę, że człowiek patrzy na korzyści wypływające z posiadania dużego mózgu z punktu widzenia antropocentrycznego. „No bo jak jakieś zwierzę mogłoby nie chcieć posiąść takich możliwości jak człowiek. Jednak z ewolucyjnego punktu widzenia to jest tylko jeden ze sposobów, w jaki gatunek może osiągnąć sukces ewolucyjny” – tłumaczy Drobniak.

Naukowiec zdradza, że na kolejnym etapie prac, zespół będzie chciał lepiej zrozumieć mechanizm ewolucyjny kształtowania mózgu.

„Wiemy, że chodzi o inwestycję rodzicielską, ale interesuje nas mechanizm – co się działo w trakcie ewolucji. Bo wielkość mózgu zależy od bardzo wielu czynników – np. ile miejsca w czaszce ma mózg, żeby się powiększać. To z kolei zależy od morfologii czaszki - np. kształtu dzioba ptaków. A ta zależy od pokarmu, jakim się ptaki odżywiają i w jakim klimacie żyją. Więc mamy do dyspozycji bardzo dużo szczegółów, którym chcemy się przyjrzeć i zastanowić się, jak to się działo w przeszłości na bardzo pierwotnym etapie ewolucji” – tłumaczy Drobniak.

Z naukowego punktu widzenia - ocenia badacz - interesująca wydaje się kwestia dostosowywania mózgu do stylu życia i proporcji względem wielkości całego ciała.

„U ptaków bardzo wyraźnie widać trend, że im dalej idziemy w ewolucji, tym ten mózg wcale nie staje się coraz większy, tylko staje się coraz bardziej dopasowany do stylu życia ptaka i wielkości jego ciała” – mówi Drobniak.

Na pytanie – czy tę informację można próbować przenosić na ewolucyjny rozwój mózgu człowieka, odparł: „Ludzie mają duże mózgi, które w młodym życiu dają nam bardzo dużo korzyści, ale na starość są przyczyną chorób neurodegeneracyjnych i są dużym obciążeniem. Być może więc, ewolucja będzie upraszczała ludzki mózg”. Zastrzegł jednak, że to bardzo trudny do prognozowania temat.

Zdradził natomiast, że zespół z którym pracował nad analizą ptaków, będzie chciał poddać takiej samej metaanalizie wszystkie kręgowce.

„Przeanalizujemy dane od ryb do ssaków – czyli w bardzo dużej skali. Zobaczymy czy te wzorce, które zidentyfikowaliśmy u ptaków, zobaczymy również u innych kręgowców” – powiedział Drobniak.

PAP - Nauka w Polsce, Urszula Kaczorowska