本文發表在《大眾科學》的前部落格網路上，反映了作者的觀點，不一定反映《大眾科學》的觀點
聰明才智有很多值得稱道的地方——至少我們人類，在動物王國中擁有相對於身體來說最大的大腦，似乎是這麼認為的。動物大腦的大小得到了廣泛的研究，因為科學家們長期以來一直試圖瞭解為什麼我們的祖先會進化出如此複雜且耗費能量的神經迴路。
關於大腦大小最有趣的進化假說之一是昂貴的組織假說。早在 20 世紀 90 年代初期，科學家們就試圖解釋大腦大小是如何進化的。大腦是非常有用的器官；更多的大腦細胞可以帶來更強的行為靈活性，更好地控制更大的身體，當然還有智力。但是，如果大腦越大越好，那麼每種動物都會擁有更大的大腦。因此，科學家們推斷，一定存在缺點。該假說認為，雖然大腦很棒，但其極高的能量消耗限制了它們的大小並抑制了它們的生長。以人類為例，儘管我們的大腦僅佔我們身體的 2%，但它們卻消耗了我們 20% 的能量需求。您不得不懷疑：我們的大腦使用瞭如此多的能量，那麼哪些身體部位為此付出了代價？該假說認為我們的腸道受到了打擊，但智力使覓食和狩獵更加高效，從而克服了障礙。這很有道理，但儘管對大腦大小的進化進行了長達一個多世紀的研究，但仍存在爭議，這主要源於昂貴組織假說的證據完全基於物種間的比較和相關性，而沒有經驗性測試。
本月發表在《當代生物學》上的一項獨特研究採用了一種新的方法來檢驗這個古老的問題。他們沒有將腦體比更大的物種與腦體比較小的近親進行比較，而是利用了孔雀魚（Poecilia reticulata）大腦大小的自然變異。事實證明，孔雀魚並不像它們看起來那麼愚蠢。它們能夠學習，並表現出初步的計數能力。瑞典烏普薩拉大學的研究人員能夠利用它們的數字能力來測試大腦大小是否會影響這些簡單魚類的智力。首先，該團隊從孔雀魚的自然變異中選擇了較大和較小的大腦。他們透過人工選擇成功地創造出了大腦比同類大 9% 左右的聰明孔雀魚。然後，他們對它們進行了測試。雖然雄性似乎沒有從擁有更大的頭腦中獲得任何好處，但擁有更大腦袋的雌性在任務中表現明顯更好。
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但真正引人注目的是這些更大大腦的代價。大腦袋雄性的腸道大小縮小了 20%，大腦袋雌性的腸道大小縮小了 8%。縮小的消化系統似乎對繁殖產生了嚴重的後果，因為聰明的魚在第一窩中產生的後代數量減少了 19%，即使它們開始繁殖的年齡與它們的笨同類相同。而且，作者指出，這是在食物充足的理想化水箱環境中進行的——那麼在資源更難獲得的野外呢？當無法保證進食時，腸道縮小會帶來多大的代價？
作者解釋說：“由於認知能力對於促進尋找食物、躲避捕食和獲得配偶等行為非常重要，因此，在野外，認知能力增強的個體可能具有更高的繁殖成功率。”然而，這些好處並非廉價。“我們證明，在為更大相對大腦大小選擇的實驗種群中，腸道大小和後代數量減少，這為增加大腦大小的代價提供了令人信服的實驗證據。”
仍有許多問題需要解答。例如，作者並不完全確定為什麼只有雌性表現出因大腦較大而引起的認知能力提升。他們認為，也許研究人員對智力的衡量（呈現給孔雀魚的數字任務）可能更適合雌性行為。“在孔雀魚中，雌性在覓食時更加活躍和創新，”他們解釋說。“因為雌性進食更多，因此她們可能在我們的實驗設計中有更多的時間將線索與食物聯絡起來。”
然而，大腦和腸道之間的明顯權衡是一個重要的發現。透過為大腦的生理成本提供經驗證據，這項研究為昂貴組織假說提供了第一個直接支援，並且可以為我們提供關於我們自身大腦袋如何進化的見解。我們自身大腦增長的一種普遍假說是，透過狩獵或烹飪或任何方式將更多動物產品納入我們的飲食，使我們能夠從更少的食物中獲得更多的能量，從而抵消了腸道縮小帶來的代價。我們為了獲得相同數量的能量而需要吃的食物越少，我們的大腦就可以生長得越多，即使我們的腸道為此遭受了損失。然而，辯論遠未結束。對靈長類動物的比較分析不支援腸道-大腦的權衡，當然還有許多關於我們如何以及為何進化出我們巨大的腦葉以及我們的身體為此付出了什麼代價的其他假說。
Kotrschal A., Rogell B., Bundsen A., Svensson B., Zajitschek S., Brännström I., Immler S., Maklakov A. & Kolm N. (2013). 對孔雀魚的相對大腦大小進行人工選擇揭示了進化更大大腦的成本和收益，《當代生物學》，DOI：10.1016/j.cub.2012.11.058
圖片來源：孔雀魚來自gucio_55 / 123RF Stock Photo