Tidlig på 1930-tallet fant forskere ut at hos en rekke arter er det en sterk sammenheng mellom kroppsstørrelse og andre trekk: Jo større du er, jo større kroppsdeler har du.

– Dette kalles allometri-regelen, forteller forsker Masahito Tsuboi ved Senter for økologisk og evolusjonær syntese (CEES) ved Universitetet i Oslo.

Men nå har Tsuboi og kollegaer funnet et unntak fra denne tilsynelatende fundamentale regelen. Et unntak som kan ha stor betydning for vår forståelse av evolusjonen av intelligens hos fugler og pattedyr.

Vi har nemlig større hjerner enn det kroppsstørrelsen vår skulle tilsi. Funnene er nå publisert i det vitenskapelige tidsskriftet Nature Ecology & Evolution.

Lovbrytere

Tsuboi og et internasjonalt team av forskere samlet inn data om kropps- og hjernestørrelse hos en rekke pattedyr, fugler, fisker, reptiler og amfibier fra tidligere forskning.

På listen sto arter som blåhval, panda, hvalhai og den utdødde tasmanske tigeren. Da fant de noe oppsiktsvekkende: Pattedyr og fugler har klart å bryte allometri-regelen.

– I motsetning til andre trekk som kan endres i løpet av bare få generasjoner, som for eksempel høyde og hårfarge, antas allometriske forhold å forandre seg svært sakte. Eksempelvis har forholdet mellom kropps- og hjernestørrelse i ciklid-fiskene vært mer eller mindre uforandret i ti millioner år. Jeg ble derfor svært overrasket og fascinert da jeg oppdaget at pattedyr og fugler har klart å endre dette størrelsesforholdet, sier Tsuboi entusiastisk.

Les også:

Derfor må vi ha i oss kobber

Forlenget utvikling av hjernen

Fra tidligere vet forskere at hjernen til mennesket og visse arter av husdyr, som ku og kylling, utvikler seg via en to-stegs prosess. Nok en gang foretok Tsuboi et dypdykk i litteraturen for å studere hvordan hjernen og kroppen utvikler seg, fra tidlig embryonisk stadium og til voksen alder, i to fiskearter.

– I likhet med pattedyr og fugl, utvikler fiskehjernen seg i to stadier. Hjernen vokser raskt i den første fasen, mens veksten avtar i andre fase, hvor resten av kroppen vokser til. Men den store oppdagelsen vi gjorde, er at den første fasen er mye lengre hos pattedyr og fugl enn hos fisk, utbryter han.

Dette har gjort det mulig for oss å utvikle større hjerner, tror Tsuboi og finner frem kalkulatoren. Han viser at ved en kroppsvekt på 500 gram, har pattedyr og fugl 10-15 ganger så stor hjerne som de fleste andre såkalte vertebrater, som er dyr med ryggrad.

Energikrevende foreldreomsorg

Hjernen er at av de mest energikrevende organene i kroppen, noe som setter begrensninger for hvor stor den kan bli. Så hvilken evolusjonær hendelse har tillatt hjernene våre å bli så store?

Tsuboi tror at evolusjonen av foreldreomsorg kan være svaret.

Les også:

6 former for avsky som holder deg frisk

– Pattedyr har et langt svangerskap med direkte utveksling av energi over morkaken og foreldreomsorg etter fødsel, mens mange fugler mater ungene sine som gale etter at de klekkes. Dette gir hjernen stor tilførsel av energi over en lengre periode, noe som er sjeldent hos andre vertebrater, slik som reptiler og amfibier, forteller Tsuboi.

– Finnes det andre teorier som kan forklare dette?

– Pattedyr og fugler skiller seg også fra andre dyrearter ved at vi er varmblodige, det vil si at kroppstemperaturen er uavhengig av temperaturen til omgivelsene. Jeg tror imidlertidig at alle disse aspektene – temperaturregulering, foreldreomsorg og større hjerner – henger sammen, fortsetter Tsuboi.

Likevel, til tross for de tilsynelatende store fordelene av slike egenskaper, har de oppstått sjelden i løpet av evolusjonær tid.

– Hvorfor dette er tilfellet, er et svært spennende spørsmål, smiler han.

En fisk utenom det vanlige

Det finnes flere interessante og ubesvarte spørsmål der ute, blant annet i elveleiene i deler av Afrika og Latin-Amerika. Her bor nemlig en veldig rar og sjelden type fisk som også ser ut til å ha brutt allometri-regelen. De har nemlig like store hjerner som pattedyr.

– Det finnes noen få hundre fiskearter av Osteoglossiformes-ordenen. Disse, inkludert den morsomme elefantnese-fisken, har store hjerner som antas blant annet å produsere elektriske signaler til å kommunisere, lete etter mat og lignende. Det forskes mye på disse fiskeartene og på hvordan de har klart å utvikle så store hjerner til fisk å være, forteller Tsuboi og viser frem et bilde av en avlang fisk med en snabellignende munn.

– Jeg tenker, derfor er jeg? Men er det slik at en stor hjerne nødvendigvis er assosiert med høyere intelligens? Og hva er egentlig intelligens? Tsuboi blir tankefull.

– Det er vanskelig å definere intelligens og hvordan dette henger sammen med størrelsen på hjernen. Generelt sett gjør hver enkelt organisme det mest intelligente den kan for å overleve og reprodusere i sine respektive omgivelser. Likevel har man sett at dyr med større hjerner er bedre i stand til å forandre oppførsel som respons på ny informasjon, forteller han.

Fugler som bor i byer for eksempel, hvor det er en kontinuerlig strøm av ny informasjon, har større hjerner enn tilsvarende arter som bor i sitt naturlig habitat. Store hjerner, sier Masahito Tsuboi, kan ha muliggjort nye atferdsmønstre, som å fjerne korken på melkeflasker.

Les også:

Vennene dine påvirker hvordan du føler smerte

Muligheter og utfordringer

Studien innebar nærmere ett og et halvt år med møysommelig granskning av litteraturen på jakt etter originaldata om hjerne- og kroppsstørrelser.

– Denne studien viser potensialet i å analysere store mengder data fra mange ulike organismegrupper for å undersøke hvorvidt evolusjonen av ulike dyregrupper følger de samme mønstrene eller om noen grupper skiller seg ut. Det har også vært avgjørende for resultatene av studien at vi kombinerte tradisjonelle og mer nyutviklede statistiske modeller i analysene våre, forteller Kjetil Lysne Voje, som også er forsker ved CEES og medforfatter på artikkelen.

Fremtidige studier vil i stor grad baserere seg på praktisk arbeid i laboratorium, men dette byr på utfordringer.

– En flaskehals er den enorme mengden fysisk arbeid. Det sier seg selv at det er vanskelig å huse hundrevis av individer av ulike arter, spesielt siden disse skal følges gjennom alle livsfasene. Med reptiler er det også vanskelig å følge utviklingen på embryonisk stadie ettersom de har lukkede egg, i motsetning til mange fiskearter som har gjennomsiktige egg, sier Tsuboi.

Håpet er likevel at slike og lignende studier vil fortsette å kaste lys på forholdet mellom hjerne- og kroppsstørrelse hos flere arter, den evolusjonære betydning dette har hatt, hvordan dette henger sammen med intelligens og ikke minst den bakenforliggende genetikken.

– Det er et hav av spennende og ubesvarte spørsmål der ute som jeg selv gjerne skulle tatt tak i, hadde jeg bare hatt mer tid, smiler Masahito Tsuboi lurt.

Referanse:

Masahito Tsubo m.fl: Breakdown of brain-body allometry and the encephalization of birds and mammals. Nature Ecology & Evolution. 2018. Sammendrag