奇怪地高效的神经元为鸟类 dense 的大脑提供动力。
科学家曾经认为,更大的大脑意味着更聪明的动物。但鸟类却 face 了这种逻辑:它们的大脑比核桃还小,却能开发复杂的工具,并记住把食物藏在哪里。现在,发表在《当代生物学》上的研究表明,鸟类之所以能做到这一点,是因为它们大脑神经元消耗的能量比哺乳动物少,这使得它们的身体能够支持更高比例的这些细胞。
2016年的一项研究表明,鸟类的大脑比许多其他动物的大脑更 dense。例如,一只金刚鹦鹉20克的大脑拥有的神经元数量与一只 squirrel monkey 30克的大脑一样多。但神经元消耗能量;德国波鸿鲁尔大学的鸟类神经科学家Kaya von Eugen指出,研究人员发现,人类大脑尽管只占身体质量的2%,却消耗了身体五分之一的能量。她和 others 想知道,鸟类的小体型和基于它们消耗食物量的能量预算,如何能够支持如此多的神经元。
为了找出答案,研究人员转向了常见的鸽子。他们将标记有放射性化学物质的类葡萄糖分子注射到10只鸽子的静脉中,然后使用扫描仪跟踪放射性物质在鸽子大脑中的移动。通过检查这种移动并采集血液样本,研究人员确定了每克脑组织消耗了多少葡萄糖。然后,利用2016年论文中的每克神经元数量数据,他们计算了每个神经元每分钟消耗多少葡萄糖。
能量消耗对比
当与啮齿动物、人类和其他灵长类动物的神经元能量预算进行比较时,一个鸽子神经元消耗的能量比普通哺乳动物神经元少三倍——von Eugen说,这是一个“真正令人惊讶”的结果。虽然鸟类神经元可能比典型的哺乳动物神经元小,她补充说,但能量消耗的差异“如此之大,以至于这不可能是唯一的解释”。她 suggest,也许鸟类大脑的组织方式使神经元能够更容易地交换信号,或者也许鸟类较高的体温使神经元功能更快。作者推测,像唱歌和飞行这样复杂的认知需求可能推动了更高效脑细胞的演化。
范德比尔特大学的神经科学家Suzana Herculano-Houzel说,这一发现“相当 remarkable”,她参与了2016年的研究,但没有参与这项新研究。她说,基于哺乳动物和鸟类大脑之间的密度差异,能量差异“正是你期望的数学结果”。Herculano-Houzel补充说,鸟类可能只是为了应对其有限的能量供应而演化出这种特征,而不是为了适应高级处理需求。
Herculano-Houzel和von Eugen都对其他鸟类的神经元能量使用感到好奇;von Eugen对鸡、乌鸦、鹦鹉甚至鸟类在生命树上的现存最近亲属——鳄鱼特别感兴趣。