大型動(dòng)物大腦應(yīng)該如何生長(zhǎng)的謎團(tuán)可能終于解開(kāi)了

動(dòng)物的大腦質(zhì)量和身體質(zhì)量相關(guān)的想法是有道理的：畢竟，較大的動(dòng)物往往比較小的表親擁有更大的大腦。

然而，事實(shí)證明，很難找到一個(gè)明確的模型來(lái)解釋這兩個(gè)數(shù)字是如何相互關(guān)聯(lián)的。

一項(xiàng)新研究發(fā)表在自然生態(tài)學(xué)與進(jìn)化本月表明，這個(gè)問(wèn)題源于長(zhǎng)期以來(lái)關(guān)于兩個(gè)質(zhì)量之間數(shù)學(xué)關(guān)系的假設(shè)中的一個(gè)根本錯(cuò)誤。

該研究提出了一種替代模型，該模型既能更好地適應(yīng)數(shù)據(jù)，又能解釋其他幾個(gè)長(zhǎng)期存在的關(guān)于大腦進(jìn)化的問(wèn)題。

正如該研究所解釋的那樣，幾十年來(lái)的普遍假設(shè)是，身體和大腦質(zhì)量之間的關(guān)系遵循一個(gè)相對(duì)簡(jiǎn)單的關(guān)系冪律.然而，這種提議的關(guān)系引起了激烈的爭(zhēng)論，因?yàn)樗坪醪⒉贿m用于所有物種群體。

到目前為止，研究人員還沒(méi)有能夠找到一個(gè)全面的這個(gè)方程的配置。特別是，不同分類層之間的差異已經(jīng)足夠令人煩惱，以至于它被賦予了自己的名字：分類級(jí)別的問(wèn)題.

雖然關(guān)系的關(guān)鍵部分的價(jià)值和來(lái)源都被稱為異速生長(zhǎng)成分一直是大量辯論的主題，這篇新論文解決了一個(gè)更基本的問(wèn)題：我們假設(shè)大腦質(zhì)量和身體質(zhì)量之間的關(guān)系遵循某種對(duì)數(shù)線性關(guān)系是否正確。

為此，作者采用了一個(gè)包含1,504個(gè)哺乳動(dòng)物大腦/身體質(zhì)量值的廣泛數(shù)據(jù)集，并研究了哪種模型最適合這些數(shù)據(jù)。

他們發(fā)現(xiàn)，這種關(guān)系不是對(duì)數(shù)線性的，而是對(duì)數(shù)曲線：當(dāng)以對(duì)數(shù)刻度繪制時(shí)，圖形本身必須彎曲以適應(yīng)它。

作者測(cè)試了幾種不同的方程來(lái)構(gòu)建這條曲線，發(fā)現(xiàn)最適合的是二階多項(xiàng)式——人們?cè)诟咧袝r(shí)往往會(huì)遇到的那種二次方程。

曲線的主要特征那是“隨著哺乳動(dòng)物質(zhì)量的增加，腦質(zhì)量隨著體重的增加而增加的速度會(huì)降低”。因此，它預(yù)測(cè)非常大的動(dòng)物的大腦比線性模型預(yù)測(cè)的要小——這正是數(shù)據(jù)集顯示的。

擁有一條可以擬合大腦/身體關(guān)系的曲線，可以進(jìn)行比較在先前模型下具有明顯不同的異速生長(zhǎng)系數(shù)的組之間進(jìn)行比較。

該研究證明了新模型的一個(gè)優(yōu)點(diǎn)：“[它]使研究性狀（或相對(duì)性狀）隨時(shí)間演變的進(jìn)化趨勢(shì)成為可能。為此，它研究了大腦質(zhì)量增加的速度，或者換句話說(shuō)，研究了較大大腦進(jìn)化的速度。它發(fā)現(xiàn)物種之間存在顯著差異。

不出所料，靈長(zhǎng)類動(dòng)物進(jìn)化出大大腦速度非常快，但嚙齒動(dòng)物和食肉動(dòng)物也是如此。只有三組動(dòng)物表現(xiàn)出隨著時(shí)間的推移大腦與體重增加的關(guān)系。

該研究主要針對(duì)哺乳動(dòng)物，但作者還檢查了鳥(niǎo)類的身體/大腦質(zhì)量對(duì)數(shù)據(jù)集，發(fā)現(xiàn)曲線關(guān)系也非常適合該數(shù)據(jù)。但也許還有待解開(kāi)的最有趣的謎團(tuán)是為什么大腦和身體質(zhì)量以這種方式相關(guān)。

這個(gè)問(wèn)題仍然是一個(gè)非常懸而未決的問(wèn)題，它的答案很可能有很多關(guān)于動(dòng)物如何以及為什么以它們現(xiàn)在的方式進(jìn)化的東西。

作為研究在結(jié)論中說(shuō)，“尋求跨物種曲線關(guān)系的理論和實(shí)證基礎(chǔ)可能會(huì)導(dǎo)致整個(gè)生物學(xué)的重大貢獻(xiàn)。

這項(xiàng)研究發(fā)表在自然生態(tài)學(xué)與進(jìn)化.

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