Увеличение относительных размеров мозга

Многие авторы справедливо указывают, что прогрессивная эволюция характеризуется не только усилением энергетики организмов, усложнением их строения и функционирования, но и совершенствованием информационных процессов вплоть до появления разума. Трудность состоит в том, что нет четких количественных критериев, которые помогли бы описать указанный процесс и сопоставить его в разных группах животных. Единственный критерий, который можно в настоящее время использовать (хотя и не для всех видов животных, не говоря уж о растениях) это относительные размеры головного мозга. Это безусловно косвенный показатель способности животных хранить и использовать информацию, но он хорошо изучен у разных групп животных и может быть достаточно точно измерен. Больше того, его можно определить не только у ныне живущих животных, но и у многих ископаемых, что позволяет проследить изменение относительных размеров мозга в процессе реальной эволюции.

Трудно, однако, использовать для целей сравнения относительные размеры мозга, если понимать под этим понятием отношение массы или объема мозга к массе тела, так как размеры мозга, как и стандартный обмен, аллометрически зависят от массы тела (171). Поэтому в сравнительных исследованиях используют коэффициент c_br, который носит название

коэффициента энцефализации. Он соответствует массе мозга, если бы животное имело массу тела равную 1 г. Из формулы (171) следует, что коэффициент энцефализации можно определить для любого животного по формуле

(190);

где М _br - масса головного мозга (г); M - масса тела (г); c_br - коэффициент энцефализации; k_br - константа.

Для расчета коэффициента энцефализации, как видно из формулы (190), необходимо знать величину коэффициента k_br для изучаемого животного. К счастью коэффициент k_br приблизительно одинаков у разных видов животных одного класса. Расчет по данным, приводимым Стрельниковым (1970), показывает, что у млекопитающих k_br равен 0,57, у птиц - 0,53, у рептилий - 0,52. Мы рассчитали коэффициент энцефализации для всех известных нам позвоночных животных, и он оказался равным k_br =0.56. Зная этот коэффициент, можно определить коэффициент энцефализации у отдельных представителей указанных классов по формуле (190).

Палеонтологи (см. Кэррол, 1993 а) иногда используют несколько иной показатель в качестве коэффициента энцефализации, принимая его равным EQ = E_i/E_u , где E_i - размер мозга данного животного, Е_u - размер мозга, характерного для всей изучаемой группы животных. Этот показатель, безусловно, хуже, чем С_br, так как зависит от размеров животных и следует выбрать какой-то

эталонный размер, что уже сделано в случае использования формулы (190).

В табл.51 приведены данные о коэффициенте энцефализации для разных отрядов ныне живущих млекопитающих и птиц. Чтобы уточнить эволюцию

относительных размеров мозга этих животных мы привели также данные о коэффициенте энцефализации в разных семействах класса млекопитающих и птиц (табл.51). Как видно из табл.51, в классе млекопитающих наименьший коэффициент энцефализации имеют представители отряда насекомоядных C_br=0.09, наибольший - представители отрядов приматов С_br=0.77, хоботных C_br=1.20 и китообразных c_br=1.32. Если же рассмотреть вопрос о том как обстоит дело в отдельных семействах класса млекопитающих, то оказывается (табл.51), что наивысший коэффициент энцефализации среди позвоночных животных имеют люди С_br=2.76 и дельфины С_br =1.68.

В классе птиц наименьший коэффициент энцефализации имеют пингвины C_br=0.04 и страусы С_br=0.06, наибольший - совы C_br=0.27 и попугаи С_br=0.33.

Такого же порядка коэффициент энцефализации в семействе врановых (вороновых) С_br= 0.30 из отряда воробьиных. Для всего отряда воробьинообразных С_br = 0.18.

Как видно из приведенных цифр особенно велик коэффициент энцефализации у человека: он в 30 раз больше, чем у насекомоядных, в 46 раз больше, чем у страусов, в 9 раз больше, чем у ворон, в 8 раз больше, чем у попугаев, в 2.6 раза больше, чем у приматов и 2.1 раза больше, чем у китообразных. Это показывает, что особенность человека, как мыслящего существа, связана с большими по сравнению с другими позвоночными относительными размерами мозга.

Если сопоставить коэффициент энцефализации со временем появления отдельных групп животных в палеонтологической летописи, то оказывается, что имеется явная тенденция увеличения относительных размеров мозга по мере эволюции (рис.40). Наряду с этим в отдельных отрядах и семействах произошло резкое увеличение коэффициента энцефализации (рис.54). Как видно из этого рисунка и табл.51, не только высшие приматы и китообразные сумели заметно превысить средний для класса коэффициент энцефализации, но и попугаи, врановые птицы и динозавры, хотя им всем, конечно, далеко до человека. Только Homo sapiens достиг такой величины относительных размеров мозга, которая позволила ему создать цивилизованное общество и, преодолев второй

тепловой барьер, продолжить кривую биоэнергетического прогресса. Из китообразных наивысший коэффициент энцефализации, по-видимому, достигнут у дельфинов: у некоторых видов афалин С_br = 1,68.

Среди птиц наибольший коэффициент энцефализации достигнут у сов, попугаев и врановых птиц (табл.51). Этому соответствует и высокий уровень рассудочной деятельности попугаев и ворон, сопоставимый с обезьянами (Крушинский, 1977; Стеттнер, Матиньяк, 1983)

Наконец, следует сказать, что не только среди позвоночных, но и беспозвоночных животных, когда для этого создаются морфологические возможности, наблюдается тенденция к увеличению размеров мозга. Речь идет о головоногих моллюсках. Как известно, у представителей этого класса моллюсков размеры мозга очень велики (Maddock, Young, 1987), а показатели высшей нервной деятельности сопоставимы со сходными показателями для млекопитающих и птиц (Акимушкин, 1968). Расчет коэффициента энцефализации по формуле (190), принимая k_br =0.56 и используя данные об

объеме мозга в мм³, показал, что для кальмара Шел illecebrosus массой М=167 г (табл.29) и объемом мозга Мь_г=13.4 мм³ (Maddock, Young, 1987) c_br =0.763, а для

осьминогов Octopus dofleini (М=9862 г, M_br=926.2 мм³) и О. vulgaris (M=1483 г, М_br=92.6 мм³) коэффициент энецефализации равен, соответственно, с_br =5.37 и c_br=1.55. По величине это соответствует коэффициенту энцефализации человека (рис.54).

Конечно, эти цифры недостаточно надежны, так как, во-первых, не известно чему равен k_br для моллюсков (мы приняли для них ту же величину,

что и для позвоночных), во-вторых, в работе Мэддока и Янга (Maddock, Young, 1987), откуда мы взяли цифры об объеме мозга кальмара и осьминогов, не приведены данные о массе тела исследованных ими головоногих. И все же расчетные данные впечатляют, показывая, что относительные размеры мозга головоногих очень велики и сопоставимы с размерами мозга людей. Следует все же учитывать, что большая относительная величина мозга у головоногих моллюсков еще не означает, что они по уровню высшей нервной деятельности достигли уровня человека, так как и структура и устройство мозга у них иное,

чем у млекопитающих. И все же этот показатель демонстрирует возможности головоногих, которые подтверждаются наблюдениями о выработке стойких условных рефлексов (Акимушкин, 1967) и ассоциативных способностях осьминогов (Wells, 1966).

Следовательно, не только млекопитающие и птицы двигались и двигаются в процессе прогрессивной эволюции по пути увеличения относительных размеров мозга - по пути, который ведет к возникновению разумной деятельности и появлению цивилизаций, но и рептилии и даже беспозвоночные животные (головоногие моллюски). Человек просто обогнал в этом процессе других животных и, практически, полностью перекрыл возможности появления новых цивилизаций на Земле, основанных на другом биологическом материале.