Strona główna / Popularnonaukowe / Życie mózgu. Ewolucja człowieka i umysłu

Aktualności

25.02.2020

O pokusach i pragnieniach w Faktycznym Domu Kultury

We wtorek 10 marca o godz. 19.00 zapraszamy do Faktycznego Domu Kultury w Warszawie (ul. Gałczyńskiego 12) na spotkanie wokół książki Gabrieli Wiener "Seksografie. Reportaż uczestniczący o pokusach i pragnieniach".

Wywiady

26.02.2020

"Uwielbiam móc pisać w piżamie"

Zapraszamy do przeczytania wywiadu z Kelly Irvin, autorką serii "W krainie amiszów"

Posłuchaj i zobacz

22.01.2020

Wstrząsająca prawda o życiu arabskich księżniczek.

Zapraszamy do obejrzenia nagrania zapowiadającego najnowszą książkę Marcina Margielewskiego "Zaginione arabskie księżniczki".

Bestsellery

TOP 20

  1. Dymy nad Birkenau Seweryna Szmaglewska
  2. Króliki z Ravensbrück Anna Ellory
  3. Oleńka. Panienka z Białego Dworu Wioletta Sawicka

Fotogaleria

więcej »

Życie mózgu. Ewolucja człowieka i umysłu

John S. Allen

Rozdział 7. Ewolucja zachowań związanych z jedzeniem.

Około 60 000 000 lat temu pierwsi przedstawiciele naczelnych zaczęli się wyróżniać wśród wielu innych małych żyjących w tym czasie ssaków, dając początek rzędowi, z którego ostatecznie powstaliśmy. Ale co takiego je wyróżniało? Mimo że współczesne naczelne są rzędem mocno zróżnicowanym, to jednak prawie wszyscy ich przedstawiciele mają zestaw wspólnych cech anatomicznych służących wyodrębnieniu ich spośród innych ssaków. Wśród cech tych wymienić należy chwytne dłonie o przeciwstawnym kciuku czy pierwszym palcu, paznokcie zamiast pazurów, proporcjonalną budowę ciała oraz uzębienie. Naczelne mają też stosunkowo duże w porównaniu z innymi ssakami mózgi. Relatywne zwiększenie wymiarów mózgu miało prawdopodobnie mniejsze znaczenie niż jego reorganizacja, która polegała na zmniejszeniu znaczenia węchu i wzroście nakładów na zmysł wzroku obejmujący między innymi rozwój widzenia stereoskopowego. Anatomowie pracujący w pierwszej połowie dwudziestego wieku, tacy jak Grafton Elliot Smith, Frederic Wood Jones, a później W.E. LeGros Clark, badając te podstawowe cechy naczelnych, doszli do wniosku, że są one przejawem przystosowania do życia na drzewach. Życie w środowisku drzewiastym, ich zdaniem, wymagało zarówno percepcji głębi i ogólnie lepszego wzroku, a także większej zdolności chwytania i trzymania się gałęzi i konarów.
Hipoteza drzewna, jak ją zaczęto nazywać, przez dekady nie spotkała się ze sprzeciwem. We wczesnych latach siedemdziesiątych jednakże Matt Cartmill (1974) dokonał miażdżącej i trafnej krytyki tej teorii. Posłużył się bogactwem danych z obserwacji porównawczych innych zwierząt (nienaczelnych) żyjących na drzewach (np. wiewiórek), by dowieść, że sam nadrzewny tryb życia nie jest wystarczającą siłą doboru, która mogłaby wyjaśnić pochodzenie naczelnych. Cartmill przekonywał w zamian, że pierwsze naczelne były drapieżnikami i kierując się wzrokiem, polowały na owady w sklepieniu i poszyciu tropikalnych lasów. Przypuszczał, że naczelne, podobnie jak koty, rozwinęły umiejętność widzenia stereoskopowego za pomocą zbieżnych oczu, jako przystosowanie do znajdowania i łapania małych, szybkich ofiar. Chwytne stopy i dłonie natomiast były niezbędne do zachowania równowagi podczas polowania na cienkich gałęziach i pniach drzew. Hipoteza Cartmilla spotkała się później z krytyką ze strony Roberta Sussmana (1991), który twierdził, że dieta pierwszych naczelnych była dalece bardziej zróżnicowana, i zawierała poza owadami znaczącą ilość pokarmu roślinnego. Sussman łączył pochodzenie naczelnych z pojawieniem się roślin okrytonasiennych, które miało prawdopodobnie ogromny wpływ na ewolucję bardzo różnych grup zwierząt. Sussman przyznawał, że jego hipoteza okrytonasiennych, niedostatecznie tłumaczy wzrokową specjalizację naczelnych, ale snuł domysły, że poszukiwanie złożonego z drobnych elementów roślinnych pokarmu w warunkach nocnych mogło sprzyjać rozwojowi wzroku.
Zachowania żywieniowe niewątpliwie odegrały kluczową rolę w rozwoju cech zespołu adaptacyjnego naczelnych. Być może stało się to z powodu polowania na owady czy też zbierania owoców lub innych elementów soczystych, które wykształciły okrytonasienne, by zwabić zwierzęta do rozprzestrzeniania ich nasion. Nawet jeśli nie wiemy dokładnie, jak zachowania żywieniowe wpłynęły na ten proces, zespół cech adaptacyjnych obejmował przekształcony mózg, relatywnie większy i bardziej zorientowany na zmysł wzroku niż u ssaków należących do innych rzędów (Barton 2006). Dlatego też od samego początku ludzki mózg kształtowało jedzenie i odżywianie. Ewolucja każdego układu narządów jest oczywiście ograniczana, a może lepiej użyć w tym miejscu słowa określana, przez wymagania żywieniowe. W tym wypadku pytanie brzmi, w jaki sposób dieta obejmująca podstawowe zapotrzebowanie energetyczne i zapotrzebowanie na mikroelementy wpłynęła na ewolucję mózgu hominidów? I dalej, czy podczas ewolucji hominidów istniała synergiczna zależność pomiędzy wynajdywaniem nowych sposobów zdobywania pożywienia a ewolucją coraz bardziej złożonego poznawczo mózgu?
Mózg jest narządem ciągle głodnym, a naukowcy przez ostatnich 20 lat skupili wysiłki na wyjaśnieniu problemu, w jaki sposób mógł się rozwinąć duży ludzki mózg i w jaki sposób był fizjologicznie utrzymywany (Parker 1990, Leonard i Robertson 1994, Aiello i Wheeler 1995). Spełnienie energetycznych wymagań dużego mózgu coraz powszechniej uważane jest za podstawowe wyzwanie w ewolucji hominidów, na równi z wyjaśnieniem pochodzenia dwunożności. Dlaczego ewolucję dużego mózgu uważa się za problem energetyczny? William Leonard wraz ze swymi współpracownikami (2007) zaproponował zarys wyjaśnienia tego podstawowego problemu: Tkanka nerwowa, wraz z tkanką mózgu, jest pod względem energetycznym kosztowna, gdyż wymaga szesnastokrotnie więcej energii niż mięśnie szkieletowe. Dlatego też rozwój coraz większego mózgu w stosunku do masy ciała stanowi nie lada wyzwanie energetyczne. Człowiek jednakże stawił temu wyzwaniu czoła nie poprzez zwiększenie podstawowej przemiany materii (mierzonej zużyciem tlenu), której wartość odpowiada wartości przewidywanej dla ssaków naszej wielkości. Mózg stanowi zaledwie 2 procent całkowitej masy ciała, a na jego zapotrzebowanie energetyczne przypada od 20 do 25 procent spoczynkowej przemiany materii, podczas gdy u innych naczelnych stosunek ten mieści się w zakresie od 8 do 13 procent, a u pozostałych ssaków od 3 do 5. Metaboliczne wymagania mózgu wskazują, że doszło do energetycznego kompromisu z innymi układami ustroju albo też do zmiany diety, która dostarczała mózgowi potrzebnej energii lub oba mechanizmy nałożyły się na siebie.
O czym jednak należy pamiętać: mózg i tkanka nerwowa są energetycznie kosztowne dla wszystkich zwierząt, nawet u gatunków, u których nie pochłaniają tak dużego odsetka budżetu energetycznego. Spójrzmy, jak chętnie formy żyjące w jaskiniach, takie jak ślepiec jaskiniowy, rak czy świerszcze pozbywają się oczu. Również żyjący pod ziemią golec ma zredukowany zmysł wzroku. Oczy są rozwojowymi wyroślami mózgu, dlatego też koszty ich utrzymania są wysokie. Fakt silnego doboru cechy redukcji oczu u zwierząt żyjących w warunkach słabego oświetlenia stanowi dowód na to, że pozbycie się ich przynosi energetyczne korzyści. W swojej fascynującej pracy Shengliang Tan i współpracownicy (2005) zbadali wielkość oczu żyjących w niewoli kultur Drosophila melanogaster, muszki owocowej i wykazali silną ujemną korelację pomiędzy czasem, jaki upłynął od założenia kolonii, a wielkością oczu (zarówno całkowitą, jak i względną). W ciągu ostatnich 50 lat z dzikich muszek owocowych wyhodowano szczepy laboratoryjne wykorzystywane w ogromnej liczbie badań biologicznych. Tan i współpracownicy dokonali przeglądu wielu kolonii, niektóre z nich założono przed rokiem 1940, a inne niedawno, w roku 2003. Im dłużej muszki pozostawały w hodowli, tym mniejsze były ich oczy, a względne zmniejszenia wymiarów oczu dowodziło, że nie był to prosty efekt zmniejszenie masy ciała. Żadnej z kolonii tych zwierząt nie poddawano celowej selekcji cechy mniejszych oczu. Zdaniem Tana i współpracowników zmniejszone zapotrzebowanie na informacje wzrokowe związane z jedzeniem i znajdowaniem partnera w populacjach żyjących w niewoli spowodowało dobór cechy mniejszych oczu i związanych z nią oszczędności energetycznych.
Chociaż tkanka nerwowa jest metabolicznie droga w utrzymaniu dla wszystkich kręgowców, to jednak 20–25 procent spoczynkowej przemiany materii, jakie zużywa ludzki mózg, stanowi wyjątkowy przypadek. Większość kręgowców ma mózgi, które zużywają tylko 2 do 8 procent ich spoczynkowej przemiany materii. U antropoidalnych naczelnych stosunek jest wyraźnie wyższy, najwyższy zaś u człowieka (Mink i wsp. 1981). Jednakże człowiek nie jest rekordzistą w tej kategorii. Zaszczyt ten spotkał ryby trąbonose, które stanowią dużą grupę gatunków ryb słodkowodnych żyjących w Afryce. Ryby trąbonose mają stosunkowo duże mózgi, a dodatkowo wytwarzają pole elektryczne, które wykorzystują do orientacji w środowisku mulistej wody oraz do komunikacji między sobą. Göran Nilsson (1996) zmierzył zużycie tlenu przez mózg i ciało u jednego z gatunków ryb trąbonosych (Gnathonemus petersii) i stwierdził, że stosunek ciało/mózg wynosił 60 procent, dalece przewyższając wartość zmierzoną u ludzi. (Rycina 7.1). Stosunek ten był wynikiem posiadania dużego mózgu przez zimnokrwiste zwierzę. Wartość przemiany materii zwierząt zimnokrwistych jest oczywiście dużo niższa niż u zwierząt ciepłokrwistych. Jak zauważył Nilsson, mózgi zwierząt zimno- i ciepłokrwistych zużywają tyle samo energii, jednakże mózg ryb trąbonosych jest wyjątkiem, ponieważ może funkcjonować nawet w warunkach niedoboru tlenu w tkankach. Trąbonose to grupa ryb, która odniosła spory sukces, stanowiąc 10 procent wszystkich afrykańskich ryb słodkowodnych, mimo że w niektórych miejscach są obiektem połowów komercyjnych. Tym samym ich duży i kosztowny mózg wydaje się korzystną cechą przystosowawczą analogicznie do naszych dużych i kosztownych mózgów. I znów, wysoki współczynnik metabolizmu mózgu u ryb trąbonosych jest po części funkcją niskiej spoczynkowej przemiany materii zwierząt zimnokrwistych. Ale powinno nam to przypomninać, że podobnie jak współczynnik encefalizacji, współczynniki takie są produktem ewolucji mózgu i ciała. (…)