Мозг. Такой ли он особенный? - Сюзана Херкулано-Хузел

Так же как существует аллометрия, касающаяся таких частей тела, как голова и конечности, существует и аллометрия внутренних органов. Так, размеры сердца и печени увеличиваются изометрически: у более крупных животных эти органы пропорционально больше, рост массы тела и рост массы этих органов связаны линейной зависимостью. Логика такого положения заключается в том, что это органы, функция которых зависит от объема тела. Сердце перекачивает объем крови, пропорциональный объему тела, и эта задача выполняется массой сердечной мышцы, которая растет в линейной зависимости от объема перекачиваемой крови[145]. Точно так же и печень, которая фильтрует объем крови, прокачанный через нее сердцем, растет линейно в зависимости от объема пропускаемой крови и от объема самого тела.

Одной из самых ранних находок сравнительной анатомии млекопитающих стал тот факт, что более крупные животные обладают более крупным мозгом, хотя увеличение размера мозга непропорционально увеличению размеров тела животных[146]. Масса мозга варьирует в огромных пределах, отличаясь по этому параметру в 100 000 раз – от 0,1 г у крошечных землероек до 9 кг у кашалота, но масса тела у этих животных различается в 100 миллионов раз, то есть в тысячу раз сильнее, чем масса мозга, поскольку масса тела землеройки равна 2 г, а масса тела крупнейших китов может достигать 200 т. Как мы видели в главе 1, более крупные животные действительно обладают более крупным мозгом, но масса тела возрастает быстрее, чем масса мозга. Это означает, что все меньшая и меньшая часть головы оказывается занятой мозгом по мере роста массы тела животных. Например, у африканского слона голова настолько огромна, что пятикилограммовый мозг просто исчезает в еще более огромной массе костей черепа.

Наши исследования нескольких десятков видов млекопитающих животных подтверждают эту всеобщую тенденцию: значительный рост массы тела сопровождается отнюдь не столь значительным ростом массы головного мозга (рис. 8.1). Для всех исследованных нами видов характерна масса мозга, пропорциональная массе тела, возведенной в степень +0,774. Этот показатель степени значительно меньше единицы, а это означает, что масса мозга увеличивается существенно медленнее, чем масса тела: если одно животное крупнее другого в десять раз, то мозг первого весит всего в шесть раз больше, чем второго, а животное, в 1000 раз более крупное, обладает мозгом, который весит больше в 211 раз. Следовательно, относительный размер мозга становится меньше по мере увеличения массы тела животных. Однако это уменьшение происходит достаточно медленно. В то время как мозг мыши составляет приблизительно 1 % от массы ее тела, равной 40 г, мозг слона, который в 125 тысяч рез тяжелее мыши, составляет 0,1 % от его массы – 5000 кг, то есть относительный размер мозга уменьшился у слона в сравнении с мышью всего в десять раз.

Рис. 8.1. Увеличение массы тела довольно слабо, но отчетливо коррелирует с увеличением массы головного мозга среди всех видов млекопитающих, но среди различных таксонов эта зависимость подчиняется разным правилам. При сходной массе тела насекомоядные (светлые кружки) имеют мозг большей массы, чем афротерии (квадраты), а приматы (треугольники) имеют мозг большей массы, чем грызуны и парнокопытные, при сходной массе тела (темные кружки)

Точное соотношение между массами головного мозга и тела среди разных таксонов млекопитающих различно. Показатели степени этой зависимости в наших исследованиях варьируют от +0,548 у парнокопытных до почти линейной зависимости с показателем степени +0,903 у приматов (исключая крупных человекообразных обезьян); таким образом, отсутствует универсальный закон, которому подчинялось бы соотношение массы мозга и массы тела у всех млекопитающих, хотя общий тренд все же существует. В сравнении с грызунами сходной массы тела у приматов масса мозга больше. Возьмем, для примера, морскую свинку и мармозетку. Оба животных весят немногим более 300 г, но мозг морской свинки весит всего 3,6 г, а мозг мармозетки – 7,8 г. У более крупных животных эта разница еще более разительная: кролик массой 4,6 кг обладает мозгом массой 9,1 г, но обезьянка капуцин, которая весит меньше – 3,3 кг, обладает мозгом массой 52,2 г, то есть почти в шесть раз больше. То же самое можно сказать о насекомоядных и афротериях, животных, которых раньше относили к отряду insectivora и которых часто в просторечии объединяют названиями «землеройки» или «кроты». Насекомоядные, например волосатохвостый крот и европейский крот, которые весят 42,7 и 95,3 г соответственно, обладают мозгами массой около 1 г, то есть приблизительно в два раза больше, чем мозги у афротериев со сходной массой тела, например у прыгунчика и золотистого крота – животных массой 45,1 и 79,0 г соответственно.

Тем не менее остается еще тот случай, когда внутри каждой группы млекопитающих животные с большей массой тела обладают мозгом с большей массой[147]. Одно из обоснований, отстаиваемое Гарри Джерисоном, заключается в том, что более крупное тело требует большего числа нейронов для управления его функциями, так же как больший объем крови требует более массивного сердца для ее перекачивания, хотя многие авторы возражают, утверждая, что фактором, определяющим увеличенное число нейронов, должна быть либо масса тела (так как приходится контролировать большую массу мышц), либо площадь поверхности тела (так как необходимо обеспечить чувствительными окончаниями большую площадь), либо что-то еще. В течение десятилетий эти дебаты носили чисто схоластический и умозрительный характер, потому что было невозможно сравнить число нейронов в мозге разных животных. Самая удачная гипотеза заключалась в том, что масса мозга возрастает в зависимости от мышечной массы, но ограничивается метаболизмом головного мозга; согласно исследованиям Макса Клейбера[148], энергетическая цена управления более крупным телом возрастает в зависимости от массы тела, подчиняясь степенной функции с экспонентой +0,75, что близко к показателю степенной зависимости, связывающей массу мозга с массой тела, среди всех видов млекопитающих, взятых вместе (в наших наблюдениях показатель степени оказался равным +0,774), как об этом говорили Гарри Джерисон[149] и Роберт Мартин. Логика этих умозаключений состояла в том, что увеличение массы головного мозга ограничено количеством энергии, которое может использовать организм, при допущении, что есть какое-то универсальное соотношение между массой мозга и его энергетическими потребностями.