科學家們曾經認為更大的大腦使動物更聰明。但鳥類卻與這種邏輯背道而馳:它們的大腦比核桃還小,卻可以開發精密的工具,並記住它們藏食物的地方。現在發表在《當代生物學》上的研究表明,鳥類之所以能夠做到這一點,是因為它們的大腦神經元比哺乳動物的神經元消耗更少的能量,這使得它們的身體能夠支援更高比例的這些細胞。
2016年的一項研究表明,鳥類的大腦比許多其他動物的大腦更密集。例如,一隻金剛鸚鵡20克重的大腦容納的神經元數量與一隻松鼠猴30克重的大腦一樣多。但神經元會消耗能量;德國波鴻魯爾大學的鳥類神經科學家卡婭·馮·歐根指出,研究人員發現,人腦僅佔身體質量的2%,卻消耗了身體五分之一的能量。她和其他人想知道,鳥類的小身體和能量預算(基於它們消耗多少食物)如何能夠支援如此多的神經元。
為了找出答案,研究人員轉向了常見的鴿子。他們將標記有放射性化學物質的葡萄糖樣分子注射到10只鴿子的靜脈中,然後使用掃描器追蹤放射性物質在鳥類大腦中的移動。透過檢查這種移動並採集血液樣本,研究人員確定了每克腦組織消耗多少葡萄糖。然後,利用2016年論文中的每克神經元資料,他們計算出每個神經元每分鐘消耗多少葡萄糖。
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與齧齒動物、人類和其他靈長類動物的神經元能量預算相比,鴿子的神經元使用的能量是普通哺乳動物神經元的三分之一——馮·歐根說,這是一個“非常令人驚訝”的結果。她補充說,儘管鳥類神經元可能比典型的哺乳動物神經元小,但能量使用的差異“非常大,這不可能是唯一的解釋”。她推測,也許鳥類的大腦組織方式使神經元更容易交換訊號,或者也許鳥類較溫暖的體溫使神經元功能更快。作者推測,諸如歌曲和飛行等複雜的認知需求可能推動了更有效率的腦細胞的進化。
範德比爾特大學神經科學家蘇珊娜·赫庫拉諾-胡澤爾說,這一發現“非常了不起”,她曾參與2016年的研究,但未參與這項新研究。她說,根據哺乳動物和鳥類大腦之間的密度差異,能量差異“完全符合您的預期”。赫庫拉諾-胡澤爾補充說,鳥類進化出這種特性可能僅僅是為了適應其有限的能量供應,而不是為了適應高階處理需求。
赫庫拉諾-胡澤爾和馮·歐根都對其他鳥類的神經元能量使用情況感到好奇;馮·歐根尤其對雞、烏鴉、鸚鵡,甚至鳥類在生命樹上最親近的近親——鱷魚感興趣。
