какие животные обладают самым маленьким мозгом среди млекопитающих по отношению к общей массе тела

СОДЕРЖАНИЕ

Считается, что у животных чем больше размер мозга, тем больший вес мозга будет доступен для более сложных когнитивных задач. Однако крупным животным нужно больше нейронов, чтобы представлять собственное тело и управлять определенными мышцами; таким образом, относительный, а не абсолютный размер мозга позволяет ранжировать животных, который лучше соответствует наблюдаемой сложности поведения животных. Взаимосвязь между соотношением массы мозга и тела и сложностью поведения не идеальна, поскольку на интеллект влияют и другие факторы, такие как эволюция недавней коры головного мозга и различные степени складчатости мозга, которые увеличивают поверхность коры, что положительно у людей соотносится с интеллектом. Разумеется, отмеченным исключением из этого правила является отек мозга, который, хотя и приводит к большей площади поверхности, не влияет на интеллект страдающих от него.

Отношение к метаболизму

Связь между массой мозга и массой тела всех живых позвоночных следует двум полностью отдельным линейным функциям для хладнокровных и теплокровных животных. У холоднокровных позвоночных мозг намного меньше, чем у теплокровных позвоночных того же размера. Однако, если принять во внимание метаболизм головного мозга, взаимоотношения между мозгом и телом у теплокровных и хладнокровных позвоночных становятся похожими, и большинство из них использует от 2 до 8 процентов своего основного метаболизма для головного и спинного мозга.

Сравнения между группами

В эссе «Щедрость Блая» Стивен Джей Гулд отметил, что если посмотреть на позвоночных с очень низким коэффициентом энцефализации, их мозг будет немного менее массивным, чем их спинной мозг. Теоретически интеллект может коррелировать с абсолютным объемом головного мозга животного после вычитания веса спинного мозга из головного мозга. Эта формула бесполезна для беспозвоночных, потому что у них нет спинного мозга или, в некоторых случаях, центральной нервной системы.

Критика

У людей отношение массы мозга к массе тела может сильно варьироваться от человека к человеку; он был бы намного выше у человека с недостаточным весом, чем у человека с избыточным весом, и выше у младенцев, чем у взрослых. Та же проблема возникает при работе с морскими млекопитающими, у которых могут быть значительные жировые отложения. Поэтому некоторые исследователи предпочитают безжировую массу тела массе мозга в качестве лучшего предсказателя.

Источник

Самое крупное животное с крошечным мозгом

Учёные изучили череп гигантского динозавра, возраст которого составляет около 70 миллионов лет.

Ampelosaurus (Ампелозавр) был найден в 2007 году в Куэнка (Cuenca), Испания, в ходе строительства высокоскоростной железной дороги, соединяющей Мадрид с Валенсией. Останки найденной рептилии отнесли к динозаврам-зауроподам, отличавшимся длинной шеей, длинным хвостом и питавшимися травой. Это было самое большое творение из всех ранее найденных на Земле. Более того, Ampelosaurus (Ампелозавр) относился к роду тираннозавров, тело которых зачастую было покрыто чешуйками.

Обычно череп зауроподов хрупок, поэтому учёных было недостаточно данных, чтобы сделать выводы относительно мозга динозавров. При сканировании найденного черепа с помощью компьютерной томографии исследователи смогли создать компьютерную 3D модель мозга ампелозавра. Оказалось, что его размеры не превышают теннисный мячик.

Fabien Knoll, палеонтолог из испанского Национального музея естественных наук, отмечает: «Этот ящер мог достигать в длину 15 метров, тем не менее, его мозг был не более 8 см»

Исследователи отмечают, что у этой группы животных не наблюдается изменение мозга в размерах с течением времени, как например, это можно наблюдать у многих млекопитающих и птиц.

Компьютерная модель показывает, что у ампелозавра был не только небольшой мозг, но и внутреннее ухо

По мнению исследователей, это может свидетельствовать в пользу того, что динозавр недостаточно хорошо воспринимал звуки, передаваемые по воздуху, но, вполне возможно, у него был слух, направленный на восприятие звуков, передаваемых через землю.

Кроме того, внутреннее ухо отвечает за баланс и равновесие. Скорее всего, животное было неспособно к быстрым движениям, это были крупные и медлительные травоядные животные.

Подробнее о находке и исследованиях можно прочитать в журнале PLOS ONE, выпуск от 23 января 2013.

Источник

masterok

Мастерок.жж.рф

Хочу все знать

Мозг — это как океан на нашей планете. Уж сколько много мы знаем о человеческом теле, а мозг продолжает оставаться кладезем загадок, как и наш Мировой Океан.

Миф 1: В человеческом мозге сто миллиардов нейронов

Нейроны это фундаментальные строительные кирпичики любой нервной системы. Эти специфические клетки, древовидные отростки которых расходятся во все стороны и соприкасаются с такими же отростками соседних клеток, формируют огромную электрическую и химическую сеть, которая является нашим мозгом, и обрабатывают информацию о нашем окружении, управляют нашими действиями в соответствии с этим самым окружением, и даже контролируют наши неосознаваемые телесные функции.

Именно наши нейроны позволяют нашему мозгу совершать различные действия быстрее и эффективнее, чем любая из когда-либо созданных машин.
Учитывая какую незаменимую роль играют эти клетки, вы можете предположить, что у учёных есть пара идей относительно того, сколько же именно нейронов заключено у нас между ушей; и многие годы мы думали, что так оно и есть.

Пролистайте несколько учебников по нейробиологии, пару научных исследований и научных журналов, и вы обнаружите, что многие обозначают число нейронов в человеческом мозгу красивой круглой цифрой в сто миллиардов – и обычно делают это без подтверждающих ссылок.

Почему без ссылок? По мнению нейробиолога доктора Геркулано-Хаузел, так получилось потому, что никаких прямых оценок общего числа нейронов в человеческом мозге не делалось до 2009 года, когда она и её команда извлекли мозги четырёх недавно скончавшихся людей, принесли их в лабораторию и разжижили их с помощью техники, называемой «изотропная фракциализация».

Геркулано-Хаузел и её команда растворили каждый мозг в гомогенную эмульсию в виде «мозгового супа» (это её слова, не наши), взяли образцы из этого супа, подсчитали количество нейронов в каждом образце, и затем экстраполировали, чтобы получить общее число нейронов в каждом мозговом «тортике».

«Мы обнаружили, что средний человеческий мозг содержит приблизительно 86 миллиардов нейронов», говорит Геркулано-Хаузел в недавнем подкасте к журналу Nature. Затем она продолжает:

«Ни один мозг, который мы исследовали к настоящему моменту, не содержал ста миллиардов клеток. И хотя кажется, что это не особо большая разница, но 14 миллиардов нейронов это размер мозга к примеру бабуина, или почти половина нейронов мозга гориллы. Так что это на самом деле вполне приличная разница».

Миф 2: Чем больше мозг – тем он лучше

Среди млекопитающих например, приматы (вроде нас) и китообразные (вроде дельфинов) имеют более крупные мозги, чем скажем насекомоядные (вроде муравьеда), и обладают тем, что большинство может признать как пропорционально большие умственные способности. Основываясь на одном этом наблюдении, вы можете склониться к тому, чтобы считать размер мозга хорошим предиктором когнитивных возможностей.

Однако отношение «Больше – значит лучше» нарушается, как только вы начинаете сравнивать особей разных видов. Коровы, например, имеют более крупные мозги, чем практически любой вид обезьян, но если только они не очень (очень) хороши в скрывании этого, коровы практически однозначно имеют меньше умственных способностей, чем большинство (если не все) «менее мозговитых» приматов.

Сходным образом, мозг капибары (водная свинка, самый крупный грызун на Земле; прим. mixednews) может весить более семидесяти граммов, но её когнитивные способности бледнеют в сравнении со способностями обезьянки капуцина, мозг которой весит всего лишь пятьдесят граммов.

Разумеется, для целей нашей дискуссии, посвящённой человеческим мозгам, наиболее красноречивым доказательством того, что «больше не значит лучше», будет являться сравнение размеров нашего мозга и мозга крупнейших млекопитающих животных, таких например, как кит или слон.

На картинке выше, вы можете видеть сравнение человеческого мозга с гораздо более крупным мозгом слона. Средний человеческий мозг весит около 1200 граммов, а мозг слона – почти в четыре раза больше, но самый крупный мозг – у кашалота, и весит он 6800 граммов.

С мозгом, который весит в шесть раз больше человеческого, почему кашалоты до сих пор не подчинили себе человечество?

Миф 3: Мозг человека имеет наибольший размер по отношению к размерам тела

Этот миф пришёл к нам ещё из времён Аристотеля, который в 335 году до нашей эры написал: «Из всех животных, человек имеет самый большой мозг в сравнении с размером его тела».

В эту ловушку легко угодить, если вы попытаетесь объяснить разницу между размером мозга и интеллектом у, скажем, человека и кашалота. В наши дни, многие люди пользуются примерно тем же объяснением, что и Аристотель, чтобы убедить себя – связь между размером мозга и интеллектом заключается не в абсолютном весе или размере мозга, а скорее в соотношении веса мозга и веса тела.

Пристально изучите эту логическую цепочку, и вы обнаружите, что она даёт нам ещё одну неточную картину по сравнению с тем, что мы на самом деле наблюдаем в природе. Да, соотношение мозга к телу у человека огромно по сравнению скажем со слоном (около 1/40 против 1/560 соответственно); но оно примерно равно такому же соотношению у обычной мыши (тоже 1/40), и даже у меньше соотношения, которое вы можете встретить у некоторых маленьких птиц (1/12).

Чтобы преодолеть ограничения базового соотношения мозга к телу, учёные придумали более сложную систему оценки, известную как «фактор энцефализации» (EQ), который измеряет соотношение мозга и размера тела животного по сравнению с другими животными примерно сходного размера.

В этом случае, EQ не только принимает в расчёт тот факт, что размер мозга имеет тенденцию увеличиваться с увеличением размера тела, но и то, что размер мозга вовсе не обязательно изменяется пропорционально увеличению тела.

Когда учёные сравнили факторы энцефализации у различных животных, они обнаружили, что данный фактор у людей выше, чем у любого другого живого существа на нашей планете. Вот таблица, основанная на данных недавно опубликованного обзора внешних измерений когнитивных способностей, которая наглядно представляет фактор энцефализации человека в сравнении с некоторыми другими живыми существами.

Миф 4: Мозг большего размера содержит больше нейронов, чем маленький мозг

Но даже фактор энцефализации содержит в себе неотъемлемый изъян, по одной простой причине: больший мозг не обязательно содержит в себе больше нейронов, чем маленький – факт, который возвращает нас к мифу номер один и вопросу из какого числа нейронов всё-таки состоит человеческий мозг.

Учёные, разумеется, достаточно давно знают, что размер мозга животных может сильно отличаться у разных видов. Но до самого недавнего времени, тем не менее, большинство исследований предполагали, что плотность нейронов (в данном случае в тексте имеется в виду количество нейронов, отнесённое к общей массой мозга, а не физическая плотность нейронной ткани; прим. mixednews) является более или менее постоянной величиной среди разных классов животных. Однако данное убеждение не может находиться дальше от реальности.

Этот миф был ловко разоблачён доктором Геркулано-Хаузел и её командой, когда они использовали всё тот же метод мозгового супа что и для измерения числа нейронов в человеческом мозге, чтобы определить общее число нейронов у различных видов млекопитающих. Результаты их исследований, которые на данный момент уже опубликованы в серии отчётов, демонстрируют, что мозги разных млекопитающих следуют разным «правилам расчёта»:

Мозги приматов, как обнаружилось, увеличиваются в размере с той же скоростью, с какой растёт число нейронов в них; если вы сравните один грамм нейронной ткани крупного примата с одним граммом ткани меньшего примата, вы получите примерно одинаковое число нейронов.

Мозги грызунов, с другой стороны, как выяснилось, увеличиваются в размере быстрее, чем приобретают новые нейроны. В результате, более крупные грызуны имеют тенденцию располагать меньшим числом нейронов на грамм нейронной ткани, чем мелкие разновидности.

Мозги насекомоядных ведут себя как комбинация мозгов грызунов и приматов, с корой мозга, которая увеличивается в размерах быстрее, чем прирастает число нейронов (подобно грызунам), и мозжечком, соотношение скоростей роста у которого линейно (подобно приматам).

Конечный вывод из этого звучит так: среди грызунов, насекомоядных и приматов, мозг приматов построен на основании наиболее экономичного, максимально использующего доступное пространство принципа. Доктор Геркулано-Хаузел пишет:

«Десятикратное увеличение числа нейронов в мозге грызуна означает 35-кратное увеличение самого мозга; для сравнения, такое же десятикратное увеличение числа нейронов в мозге примата означает увеличение размера мозга всего лишь в одиннадцать раз.

Мозг гипотетического грызуна с 86 миллиардами нейронов (подобно человеческому мозгу), должен был бы весить чудовищные тридцать пять килограмм – что во много раз превосходит все известные параметры у любого из ныне живущих существ”.

Является ли мозг человека особенным?

Существует несколько выводов, которые можно сделать из развенчания мифа номер четыре. Во-первых, оно демонстрирует, что относительный размер мозга (даже с учётом влияния фактора энцефализации) не может быть использован в качестве надёжного мерила количества нейронов у различных классов животных.

Более того, это на самом деле приводит нас к выводу, что размер мозга, размер тела, и связь между ними, не являются достаточными индикаторами когнитивных способностей, и что подобные предположения следует скорее фокусировать на общем количестве нейронов, которым располагает данное существо.

А во-вторых, это открывает нам два достаточно контринтуитивных факта о человеческом мозге. Первый заключается в том, что наш мозг в некоторой степени вовсе не уникален. Он может содержать 86 миллиардов нейронов, но это как раз то число, которое вы и ожидаете найти (на основании правил расчёта для приматов) в мозге такого размера; если вы увеличите мозг шимпанзе до размеров мозга человека, вы обнаружите в нём точно такое же количество нейронов.

А второй заключается в подтверждении того факта, что кое-что в человеческом мозге действительно уникально. Доктор Геркулано-Хаузел объясняет:

«Во-первых, мозг человека увеличивается по тем же правилам, что и мозг приматов: более экономичный принцип по сравнению с грызунами позволяет упаковать в доступный объём гораздо больше нейронов, чем в мозг грызуна такого же размера, и возможно в мозг любого другого живого существа того же размера. И во-вторых, наше положение среди приматов как обладателей самого большого действующего мозга гарантирует, что, по крайней мере из числа приматов мы обладаем самым большим числом нейронов, которые вносят свой вклад в формирование сознания и поведения в целом».

То, каким образом наше беспрецедентное число нейронов в мозге сочетается с такими вещами, как наша генетика и общая структура мозга, которые и дают в результате наиболее продвинутые когнитивные способности на нашей планете, ещё предстоит найти.

Например – если мозг шимпанзе каким-либо образом можно было бы увеличить до размеров человеческого, увидели бы мы скачок его когнитивных способностей до уровня, соответствующего нашему?

Другой «пока ещё не изученный» вопрос – как сравнивать количество наших нейронов и «правила расчёта» с другими видами млекопитающих, и особенно с теми, кто обладает мозгом большего размера? На сегодняшний день не существует исследований точного числа нейронов ни у слонов, ни у китообразных.

Источник

Какие животные обладают самым маленьким мозгом среди млекопитающих по отношению к общей массе тела

Рис. I-7. Сравнительные размеры спинного и головного мозга у животных различных групп.

Головной и спинной мозг почти равны по массе у лягушки (а); у зелёной мартышки и игрунки масса головного мозга намного превышает массу спинного (6, в). Спинной мозг змеи по размерам и массе во много раз превышает головной мозг (г).

Приматы (мелкие) 1/40

Домашняя кошка 1/80

Одним из рекордсменов в этой области является колибри. Масса мозга колибри составляет 1/12 массы тела. Для птиц и млекопитающих это рекордное отношение, поскольку оно больше только у ново-рождённого ребёнка (1/7), но новорождённый не может самостоятельно выжить. Колибри считается животным с максимальной относительной массой мозга (см. рис. I-6). Однако в этих схемах не учитываются масса периферической нервной системы и её роль в метаболизме. Если добавить к мозгу колибри ещё и массу её периферической нервной системы, то общее отношение нервная система/тело станет 1/6.

Интересно отметить, что у многих беспозвоночных животных отношение массы мозга к массе тела ненамного отличается от этого показателя у теплокровных позвоночных. Если за головной мозг членистоногих принять головные ганглии с нейрогемальным органом, то его массе могут «позавидовать» многие позвоночные. Так, у рабочей пчелы отношение масса головных ганглиев/масса тела будет 1/130, у муравья — 1/140, у одиночной осы — 1/300, у майского жука и жука-плавунца — 1/4000. Иначе говоря, головные ганглии пчелы и муравья сопоставимы с относительными размерами головного мозга оленя, а одиночной осы — с мозгом льва. Вместе с тем масса туловищных ганглиев беспозвоночных почти всегда превышает массу головного мозга. Если учесть их размеры, то пропорция масса нервной системы/масса тела примет очень неожиданный вид — она достигнет уровня высших млекопитающих. Для пчёл, муравьев, одиночной осы, майского жука и плавунца она составит 1/40,1/45,1/100 и 1/1200 соответственно. Сопоставив эти отношения с аналогичными у приматов, мы получим неприятную «закономерность»: жуки-плавунцы и высшие приматы объединятся в общем «церебральном индексе», что подчеркнёт сомнительную ценность этого параметра для оценки интеллекта. Массовые отношения тела и мозга только косвенно отражают основные тенденции эволюции мозга.

У млекопитающих отношение массы мозга к массе периферической нервной системы имеет ряд особенностей. Головной и спинной мозг в этой группе может превышать массу всей остальной нервной системы. В этом случае отношение мозг/периферическая нервная система может изменяться в пределах от 3/1 до 1/5. Причины таких колебаний скрываются в размерах тела и мозга млекопитающих. Землеройки имеют небольшую массу тела и незначительные размеры периферической нервной системы, отношение мозг/периферическая нервная система будет у них около 3/2.

Однако мозг землероек относительно массы тела очень велик, что принципиально меняет вид пропорции. Общее отношение нервная система/тело с учётом периферической нервной системы станет примерно 1/7.
Совершенно иная ситуация у крупных млекопитающих. Хоботные и китообразные имеют огромный мозг (см. рис. I-6) и огромную массу тела.
Для обслуживания столь крупного тела необходима крайне развитая периферическая иннервация. Приблизительное отношение мозг/ периферическая нервная система приближается к 1/2. Это значит, что у кита-финвала общая масса нервной системы может превышать 20 кг. Для оценки реальных размеров всей нервной системы необходимо учитывать несколько параметров одновременно.
Первым параметром является абсолютная масса мозга, вторым — масса периферической нервной системы, третьим — масса тела животного. Только учёт всех перечисленных параметров даст реальную долю энергетических затрат на содержание мозга. Масса головного мозга различных животных представлена в табл. 1. Из табл. 1 видно, что мозг млекопитающих может различаться по массе в 10 000 раз. Это разнообразие соответствует разнообразию размеров животных. Однако каждый вид весьма неоднороден. Он состоит из подвидов и пород, которые имеют существенные различия как по размерам тела, так и по объёму мозга.
Таблица 1. Абсолютная масса головного мозга у животных разных видов

Продолжение таблицы 1

Примером таких различий могут служить собаки. Их мозг может различаться по массе в несколько раз. Самая маленькая масса мозга собаки, которая была описана в литературе, составляла 41,5 г, а самая большая — 212 г (Петропавловский, 1904). Табл. 2 поясняет внутривидовую изменчивость мозга собак.

Таблица 2. Средние величины массы головного мозга породистых и беспородных собак

Показательно процентное соотношение массы мозга и массы тела. Минимальное соотношение 0,2 выявлено у крупных собак, масса тела которых составляет 28–44 кг. Для особей с массой меньше 2,5 кг оно увеличивается до 2,9. Следовательно, масса мозга по отношению к единице массы тела уменьшается в соответствии с увеличением размеров животного. Однако у щенков и взрослых собак одной и той же породы отношение массы мозга к массе тела практически одинаково. Это отличает индивидуальное развитие собак от развития мозга обезьян и человека.

У обезьян и человека плод рождается с большим мозгом и маленькой массой тела, а затем масса тела возрастает намного быстрее, чем мозг. Головной мозг подвержен половому диморфизму. У самок мозг обычно на 10–12 г
меньше, чем у самцов. Суки обычно мельче, чем кобели, а их относительная масса мозга больше.
Весьма любопытны различия в этом плане породистых и беспородных собак. Средняя масса мозга в выборках беспородных собак колеблется от 42 до 118 г, а породистых — от 41,5 до 212 г. Породистые животные имеют большую амплитуду изменчивости головного мозга, чем беспородные. По- видимому, у одичавшей в Австралии собаки Динго мозг ещё более однороден по массе, чем у беспородных городских собак. Возврат к природным формам уменьшает искусственно созданное разнообразие.

Надо отметить, что у породистых собак относительная масса мозга почти в 2 раза меньше, чем у беспородных.
Существует индивидуальная изменчивость размеров мозга у различных видов в природе. В специальных исследованиях на 25 зайцах-русаках (Lepus europaeus), проведённых в Польше, показана существенная
изменчивость мозга. При средней массе мозга 15,3 г были найдены особи с мозгом массой 12 и 17 г. Известны вариации в массе мозга у приматов, хищных, копытных и сумчатых; они обычно не превышают 2024 %.
Сходная изменчивость обнаружена и в массе мозга птиц, которые обитают в Европе и Америке (Lefebvre ef al., 1997).

Источник