Gezien hoe trots we zijn op onze grote hersenen, het is ironisch dat we er nog niet achter zijn waarom we ze hebben. een idee, de cognitieve bufferhypothese genoemd, is dat de evolutie van grote hersenen wordt aangedreven door de adaptieve voordelen van het snel kunnen opstijgen, flexibele gedragsreacties op frequente of onverwachte veranderingen in de omgeving.

Het is moeilijk om dit idee op mensen te testen omdat er maar één levende soort in het geslacht Homo is. vogels, volgens Carlos Botero, assistent-professor biologie in Arts &Sciences aan de Washington University in St. Louis, zijn een andere zaak. Er zijn veel soorten, ze hebben verschillende hersengroottes en ze leven overal. Op veel manieren, zij zijn de ideale groep om deze hypothese te testen.

Als jonge geleerde Botero was in staat om te laten zien hoe spotvogels die in wisselende habitats leven, uitgebreidere zang hebben. Omdat de complexiteit van liedjes een maatstaf is voor leervermogen, deze bevinding leek de cognitieve bufferhypothese te ondersteunen.

Maar, na verloop van tijd, hij begon na te denken over alternatieve verklaringen voor zijn resultaten. De hypothese vereist dat grote hersenen de overleving verbeteren, maar de studie van Botero toonde dit niet aan. En het loste geen cruciaal timingprobleem op:zijn grote hersenen geëvolueerd in variabele habitats, of zijn ze ergens anders geëvolueerd en hebben ze het vervolgens gemakkelijker gemaakt om ruwe omgevingen te koloniseren? Echter, de spotvogelstudie keek niet terug in de tijd.

Dus samen met Trevor Fristoe, postdoctoraal medewerker biologie aan de Washington University en de Canadese bioloog Andrew Iwaniuk van de Universiteit van Lethbridge, Botero besloot de aannames achter de cognitieve bufferhypothese uit te pluizen en ze elk afzonderlijk te testen.

hun studie, gepubliceerd op 25 september in Natuurecologie en evolutie , toonde aan dat grote hersenen niet meer variabel evolueerden in vergelijking met stabiele habitats, dus dat deel van de hypothese werd niet ondersteund. Maar het toonde ook aan dat slimmere vogels beter in staat waren om seizoensgebonden, onvoorspelbare plaatsen. Dus vogels met grote hersenen konden naar een breder scala aan omgevingen verhuizen.

"De bevindingen waren behoorlijk verrassend, ' zei Fristoe. 'In het eerste deel van de studie, we hebben aangetoond dat een groot brein vogels echt een overlevingsvoordeel geeft in variabele omgevingen. Het mechanisme werkt dus. Maar dat maakte het des te raadselachtiger toen uit het tweede deel van het onderzoek bleek dat grote hersenen vaak evolueerden in stabiele, niet in variabele habitats."

Botero is de eerste die erkent dat hersengrootte een onvolmaakte maatstaf is voor cognitie, een term die zelf vele definities heeft.

Waar de wetenschappers naar keken, was niet de absolute hersengrootte, maar het verschil tussen hersengrootte en de statistisch voorspelde hersengrootte voor de lichaamsgrootte van de vogel. "Een struisvogel lijkt een enorm brein te hebben, maar in verhouding tot zijn lichaamsgrootte, het is echt niet zo indrukwekkend, " zei Botero. "Een raaf is niet veel groter dan een kip, maar zijn hersenen zijn in verhouding veel massiever.

"De correlatie tussen relatieve hersengrootte en cognitief vermogen is beter voor vogels dan voor zoogdieren, "Zei Botero. "Hoewel de relatieve hersengrootte een luidruchtige metriek is, het is nog steeds een van de betere manieren die we hebben om hersengerelateerde verschillen tussen soorten te meten op grote taxonomische schalen.

"Dit hele veld is beladen met kanttekeningen."

Botero en Fristoe testten eerst de veronderstelling dat een groter brein vogels een overlevingsvoordeel gaf door de gegevens te analyseren die zijn verzameld door de Breeding Bird Survey, een enorme database van vogelwaarnemingen die wordt gebruikt om populaties van Noord-Amerikaanse vogels te volgen. Elk jaar sinds 1966, vrijwillige vogelaars hebben vooraf vastgestelde routes gevolgd tijdens het broedseizoen, stoppen gedurende drie minuten op aangewezen punten om alle vogels te tellen die ze kunnen horen of zien.

"We hebben alle gegevens voor Noord-Amerika doorgenomen, alle soorten waarvan we de hersengrootte wisten, en kwam met een maatstaf voor populatiestabiliteit, aanpassen voor andere factoren die de stabiliteit kunnen beïnvloeden, zoals de grootte van het legsel en het al dan niet trekken van de vogel, ' zei Botero.

Ze karakteriseerden de omgevingsomstandigheden in dezelfde periode met gegevens van ecoClimate, een open database met klimaatsimulaties, en gegevens van NASA Earth Observations.

"We toonden aan dat soorten met grote hersenen stabiele populaties behouden in omgevingen waar de temperatuur, neerslag of productiviteit veel veranderen, en soorten met kleinere hersenen kunnen het minder goed aan, ' zei Botero.

"Dus het mechanisme dat mensen voorstelden, lijkt echt te werken, " zei hij. "Grote hersenen verbeteren de overlevingskansen wanneer de omgevingsomstandigheden vaak en onverwacht veranderen."

De wetenschappers waren nu klaar om het hoofdprobleem aan te pakken. "De cognitieve bufferhypothese beweert dat hersenen groter werden omdat soorten werden blootgesteld aan meer variabele omgevingen, "Zei Botero. "Het is logisch, maar is het waar?"

Om de hypothese waar te maken, de variabele omstandigheden moesten eerst gebeuren, en dat betekende dat de wetenschappers een manier moesten bedenken om de kenmerken van vogels en omgevingen te reconstrueren die lang geleden verdwenen waren.

Om dit te doen, ze zochten naar evolutionaire correlaties tussen overgangen in hersengrootte en de temperatuur- en neerslagvariabiliteit van soortspecifieke habitats in een wereldwijde fylogenie van vogels (een diagram dat de volgorde weergeeft waarin soorten worden verondersteld te zijn geëvolueerd uit een gemeenschappelijke voorouder).

"We ontdekten dat grote hersenen evenveel kans hebben om te evolueren op plaatsen met variabele omstandigheden als op plaatsen met stabiele omstandigheden. We zien geen verschil tussen de twee, ' zei Botero.

"Maar we ontdekten dat variabele omgevingen eerder worden gekoloniseerd door soorten die al grote hersenen hadden, "zei hij. "Dat verklaart waarom, als we vandaag uitgaan, we vinden een verband tussen grote hersenen en variabele omgevingen. En waarschijnlijk de reden waarom zijn eerdere studie ontdekte dat de beste zangers onder spotvogels in variabele habitats leefden.

Dus we weten nu dat een groot brein soorten zoals de gewone raaf hielp om zich uit te breiden naar de verscheidenheid aan habitats waar ze tegenwoordig leven, maar we weten nog steeds niet waarom raven en zelfs mensen grote hersenen ontwikkelden. Botero en Fristoe denken erover na.