Читать книгу "Мозг. Такой ли он особенный? - Сюзана Херкулано-Хузел"

Современный консенсус[76], основанный на молекулярно-биологических методах исследования и на математическом анализе самых выгодных возможностей, предполагает, что из всех современных зверей (плацентарных млекопитающих за вычетом однопроходных и сумчатых) африканские звери раньше всех ответвились от всеобщего предка, а китопарнокопытные (парнокопытные и китообразные) ответвились последними или, во всяком случае, сравнительно недавно, как это показано на рис. 4.7. Грызуны и приматы сделали это где-то в промежутке, объединенные в надотряд Euarchontoglires, однако это объединение, сделанное в 2007 году, ничего не дает нам в смысле оценки строения их головного мозга. Если бы мы могли определить правила нейронного шкалирования, верные в отношении африканских настоящих зверей, с одной стороны, и в отношении парнокопытных – с другой, и сравнить их с правилами, верными в отношении грызунов и приматов (а возможно, и других клад), то мы смогли бы претендовать на самое экономичное объяснение тому, как стало возможным разнообразие строения головного мозга, имеющее место в наши дни.

Рис. 4.7. Генеалогическое древо или наглядное изображение эволюционных отношений между ныне живущими видами млекопитающих (даты представлены в миллионах лет). Грызуны и приматы являются разными ответвлениями одной группы, особого надотряда плацентарных млекопитающих – Euarchontoglires, – тем не менее к их мозговой коре и мозжечку приложимы разные правила нейронного шкалирования. Цифры взяты с разрешения, из Herculano-Houzel, 2012

К 2014 году, то есть приблизительно через десять лет после того, как был создан метод превращения мозга в суп для подсчета содержащихся в нем клеток, благодаря маленькой армии студентов и сотрудников мы опубликовали данные, касающиеся 41 вида, принадлежавшего шести различным кладам млекопитающих. Вместе с Кеном Катания мы смогли определить правила шкалирования для насекомоядных, самых мелких из ныне живущих млекопитающих; в сотрудничестве с Полом Мэнджером мы поняли, каковы правила нейронного шкалирования у африканских зверей и парнокопытных на другом краю эволюционного древа настоящих зверей (плацентарных млекопитающих). Теперь мы могли приступить к исследованию всех этих видов и постараться выявить разницу и сходство в том, как изменялся их мозг по массе в процессе увеличения числа нейронов, и, таким образом, впервые обратить внимание на происхождение разнообразия мозга, возникшего в ходе эволюции млекопитающих.

Мы обнаружили, что картина с мозговой корой была абсолютно ясна. Правила нейронного шкалирования, которые, как мы видели, приложимы к грызунам, можно было распространить и на очень древнюю группу афротерий, или африканских зверей (землеройки и кроты плюс африканские слоны); на очень мелких, но не столь древних насекомоядных (еще кроты и землеройки), которые, как выяснилось, являются отдельной группой афротерий, что упразднило старый термин Insectivores с заменой его термином Eulipotyphla[77]; и на более молодую группу парнокопытных (свинья, куду, жираф[78]). Как показано на рис. 4.8, мозговая кора всех животных, не относящихся к приматам, имеет одно и то же соотношение между массой коры и числом нейронов, в то время как у приматов оно другое.

Рис. 4.8. Масса мозговой коры увеличивается сходным образом у грызунов, африканских зверей, насекомоядных и парнокопытных (окружности) по мере увеличения числа нейронов, но не так, как у приматов (треугольники). Линии указывают на степенные зависимости, которые наилучшим способом описывают вариации массы коры как функции числа нейронов в коре приматов (показатель степени +1,0) и в коре всех других кладов млекопитающих (показатель степени +1,6). Чем больше мозговая кора, тем больше рассогласованность в числе нейронов, обнаруженных в коре у приматов и неприматов при ее равной массе; в коре приматов содержится все больше и больше нейронов в сравнении с числом нейронов в коре неприматов

Мы получили ответ на эту загадку, что показано на рис. 4.9. Учитывая имеющие место эволюционные отношения среди видов и групп млекопитающих, которых мы исследовали, наиболее экономичным объяснением правил нейронного шкалирования у приматов и неприматов было следующее: правила шкалирования для неприматов, общие для всех современных видов, принадлежащих к кладам млекопитающих – как древним, так и молодым в отношении их эволюционного происхождения, – были характерны и для предковых форм всех плацентарных млекопитающих и остались практически неизменными с тех пор, ибо в противном случае у каждой из исследованных нами групп неприматов были бы свои собственные правила нейронного шкалирования. Приматы, в свою очередь, отклонились от предковых правил нейронного шкалирования и нашли свой собственный путь: правило нейронного шкалирования приматов – паковать в единицу объема коры больше нейронов[79]. (Остается самый жгучий вопрос: как выглядит человек в сравнении с другими приматами? Но с ответом мы подождем до следующей главы.)

Рис. 4.9. Предположительная схема эволюции роста массы мозговой коры в зависимости от роста числа нейронов: правила нейронного шкалирования, характерные для современных африканских зверей, грызунов, насекомоядных и парнокопытных, как можно допустить, были уже характерны для их общего предка и сохранились в эволюции у их потомков, но эти правила изменились при отхождении той ветви животных, которые затем дали начало приматам

Мы можем говорить об «отклонении» от предкового правила нейронного шкалирования у приматов по мере увеличения мозговой коры, потому что эволюционная история млекопитающих – это история сильной тенденции к увеличению размеров мозга[80], начиная с очень мелких животных с таким же малым головным мозгом. Самым близким известным родственником всех современных млекопитающих является похожее на млекопитающее существо Hadrocordium wui, масса тела которого, вероятно, не превышала 2 г, то есть приближалась к массе тела самых мелких современных насекомоядных и летучих мышей[81]. Это существо жило на Земле около 195 миллионов лет назад[82]. Согласно оценкам, мозг Hadrocordium весил около 0,04 г, а масса коры была равна, вероятно, 0,02 г при числе нейронов в ней всего 3,6 миллиона[83], что намного меньше чисел нейронов, какие мы обнаружили у всех исследованных нами млекопитающих. Но мы можем представить себе, что те ранние виды имели мозговую кору, которая уже была построена согласно правилам нейронного шкалирования, которые оставались неизменными в линиях, давших начало современным африканским зверям, грызунам, насекомоядным и парнокопытным, в равной степени, а группа, которая, в конце концов, дала ответвление, получила в дополнение измененные правила формирования коры мозга, и это были приматы – они получили в дар возможность паковать в единице объема мозга больше нейронов.