微型大脑也能完成复杂行为?

2018-04-02 11:01  点击数:    来源:延吉生活信息网
  蜘蛛世界的体型范围之广令人困惑,就拿Eberhard教授最喜欢的圆蛛科为例,他饲养的圆蛛中,最大的重约3克,然而最小的仅重0.005毫克,比它的“堂兄弟”小了约60万倍。形象地说,两者相比,就像一个正常体型的成年男子站在一个40万米高、超过300条蓝鲸重量的巨人身旁,仅这个巨人的脑子就有900吨重。
 
  那么现在问题来了,这个拥有更重大脑的巨人会比正常人更聪明吗?如果我们回到蜘蛛世界来问答这个问题,答案是否定的。通过近距离观察蜘蛛结的网,科学家们能够以此推测蜘蛛的智力水平。
 
  在蜘蛛织网的过程中,它必须不停地作出决定,以寻找最有效率的连接蛛丝的方式。尽管蜘蛛们都是杰出的建筑家,它们也会犯错——而且这些错误会持续出现。利用这一点,Eberhard教授将蜘蛛织网时犯的错误作为衡量其认知能力的指标。考虑到蜘蛛缩小体型和脑容量所付出的惊人代价,Eberhard教授认为这种代价将会反应在它们的织网水平上,即体型更小的蜘蛛将会在织网过程中犯更多的错误。
 
  出乎他们意料的是,体型更小的蜘蛛并没有在织网中表现出什么劣势,无论是在物种之间还是在同一物种内部,蜘蛛们犯错的几率是完全一样的。随后,Eberhard教授的一位学生测试了这些小型生物在限定的狭小环境中织网的能力。同样,无论体型大小,这些蜘蛛都表现出相近的失误率,即使是新生的小蜘蛛也是如此。类似的现象也发生在寄生蜂的身上,无论是体型巨大的沙漠蛛蜂还是比单细胞草履虫更小的缨小蜂,哪怕缨小蜂的脑部已经小到了极致,也并不影响它们熟练地定位和伏击猎物。“迄今为止,在行为学上我们还没有发现大脑微型化带来的负面作用。”Wcislo教授总结。
 
  大脑是如何在体积更小的情况下不影响其功能的呢?答案是通过残酷的生存竞争筛选。一些小型生物的确拥有缩拢的脑细胞群,神经元细胞之间通过极短的轴突互相连接;不过即使如此,这种缩拢也是有下限的——一个细胞不可能比它的细胞核更小(尽管有些甲虫直接放弃了所有的细胞核)。而且如果轴突过短的话,它们就会像纠缠的电缆线一样变得乱七八糟。
 
  小型无脊椎动物们为了得到一个合格的大脑可谓费劲了心思。那么对于更大的动物来说,又是什么情况呢?研究结果发现,无论是蜘蛛、寄生蜂这样的小型动物,还是更大的鸟类、甚至人类,都在哈勒定律的适用范围内。如果动物在面临气候变化或是其他选择压力时选择向更小的体型方向进化,他们的大脑反而需要更高比例的能量和容量的分配。
 
  蝾螈目中的一个物种有着与昆虫类似的特点:在同一种群中存在显著的体型差异。为了扩充脑容量,它们演化出了更薄的头骨。尽管我们还不知道哈勒定律在人类中的适用形式,但是能够确定的是,在过去的一万年间,人类的大脑正在缩小。比起变得更加愚笨,更大的可能是,人类的祖先在向更有效率地利用脑容量转变。
 
  微型大脑也能完成复杂行为?
 
  Diego Ocampo是一名刚刚从迈阿密大学获得博士学位的生物学家,他对多达70种鸟类进行了调查,发现这些鸟类完美符合哈勒定律,体型最小的物种拥有占比最大的大脑。但是当他分析物种内部的情况时,Diego发现蜂鸟有它们自己的改良规则。举例来说,一类体型较大的紫刀翅蜂鸟重达12克,大脑约占总体积的2.4%;而另一种纹喉隐蜂鸟的大小约是紫刀翅蜂鸟的五分之一,但是其大脑却只占其体积的4.8%。与其他物种相比,这个数字有些小的奇怪。
 
  由此观之,蜂鸟们似乎拥有比其他鸟类更有效率的大脑,能以更小的体积完成更多的任务——这对哈勒定律又做了一个小小的补充。事实也的确如此,纹喉隐蜂鸟一点也不蠢,相反,它们表现出了相当复杂的行为模式——在翅蜂鸟还只会傻傻地守护一株植物时,纹喉隐蜂鸟能够记住复杂的路线,在整个森林里寻找食物。
 
  那么是否存在这样的可能:鸟类的大脑遵循着一些超高效率的设计原则,能使它们用更少的资源实现更多功能?如果这样的话,许多人们观察到的动物的惊人能力就能得到合理的解释。举几个例子,非洲灰鹦鹉能够辨认形状,甚至可以数数;鸦科动物(包括乌鸦、喜鹊)拥有与某些灵长类动物相同数量的神经元,一些科学家认为它们甚至拥有对“自我”的认知;还有章鱼,尽管它们的大脑非常原始,但它们能与狗完成同样复杂的任务。
 
  Lars Chittka在伦敦皇后玛丽大学研究行为与智能,他认为或许可以从另一个角度来解释这些有关动物智能的问题。或许动物们并不需要更大的脑子,一些复杂的行为活动其实并不需要那么多脑力。“迄今为止人们也没有发现,什么行为是必须要有体积很大的大脑才能胜任的,”他告诉我们,“很小的大脑就可以做很多很多的事了。”比如说黄蜂能够辨认出社群中的每一只黄蜂,但当人们观察它们的大脑时,却找不到这种能力从何而来。Chittka认为面部识别可能是从一些更加基础的能力演化而来的——比如说辨认食物的来源。进一步说,蜜蜂具有复杂的社会关系、程式化的语言交流能力,还有着良好的空间记忆能力——这已经能够媲美啮齿类动物了。
 
  的确,直接比较动物王国里相差巨大的两个物种不是那么可信,要解释特定行为背后相关的心理学更加困难。不过Eberhard觉得一切也没有那么悲观,因为任何违反哈勒定律的动物(即在保持复杂行为能力的同时减少了大脑的体积)都为我们提供了一种研究思路,帮助我们探寻如何最优化地利用大脑。
 

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